Los investigadores han logrado un avance significativo en el desarrollo de catalizadores para la reacción electroquímica de reducción de nitrato (eNO3RR) al amoníaco, un proceso que tiene amplias implicaciones para la energía sostenible, la agricultura y las aplicaciones industriales.
El amoníaco, un componente clave en la producción mundial de alimentos, también es prometedor como combustible sin emisiones de carbono debido a su densidad energética, productos de combustión limpia e infraestructura establecida para almacenamiento y transporte. Sin embargo, el método actual de producción de amoníaco, el proceso Haber-Bosch, consume mucha energía y representa alrededor del 1,8% del CO global.2 Exclusión
En su estudio reciente, el equipo de investigación utilizó óxidos de espinela y cobalto (Co3Oh4), una clase prometedora de catalizadores para eNO3RR por su bajo coste, alta actividad y selectividad. El equipo sintetizó una empresa diversa.3Oh4 nanoestructuras con diferentes facetas cristalográficas ({100}, {111}, {110} y {112}) para investigar cómo estas facetas afectan el rendimiento del catalizador en la producción de amoníaco. El estudio reveló que el {111} aspecto de la compn3Oh4 mostró una alta eficiencia, logrando una impresionante eficiencia farádica de amoníaco del 99,1% y una tasa de producción de 35,2 mg h-¹ cm-².
“Nuestros resultados muestran que el aspecto empresarial{111}3Oh4 es eficaz para convertir nitrato en amoníaco”, afirmó el Dr. Heng Liu, coautor del artículo y profesor asistente especialmente designado en el Instituto Avanzado para la Investigación de Materiales (WPI-AIMR) de la Universidad de Tohoku. “Esto se debe a que Rápida formación de vacantes de oxígeno y Co(OH).2 en este aspecto, lo que aumenta significativamente la eficiencia del catalizador”.
Además, los investigadores descubrieron que el catalizador experimentó un proceso de conversión durante la reacción, producido a partir de Co.3Oh4 en estructuras con vacantes de oxígeno, luego para compensar3Oh4−x-Ov/Co(OH)2 híbrido, y finalmente estabilizado como Co(OH).2. Este proceso fue más pronunciado en la faceta {111}, lo que contribuyó a su alta eficiencia.
“Los cambios estructurales que observamos son importantes para comprender la actividad del catalizador”, añadió el profesor Hao Li, autor correspondiente del artículo y profesor asociado en WPI-AIMR. “Estos conocimientos nos ayudarán a diseñar catalizadores más eficientes optimizando los aspectos expuestos”.
La importancia del amoníaco se extiende más allá de la agricultura, ya que es un combustible potencial sin emisiones de carbono y un actor clave en las tecnologías de conversión y almacenamiento de energía. ENO3RR ofrece una alternativa sostenible al proceso Haber-Bosch, que convierte los residuos de nitrato en amoníaco valioso y, al mismo tiempo, ayuda a la remediación ambiental.
“Esta investigación sienta una base sólida para el desarrollo de catalizadores más eficientes y sostenibles”, afirma Lee. “A medida que avanzamos, nuestro objetivo es controlar las etapas finales de la transformación del catalizador para mejorar aún más su actividad, selectividad y estabilidad”.
Este avance en la comprensión y mejora de la empresa3Oh4 Los catalizadores pueden allanar el camino para procesos industriales más limpios y sostenibles, contribuyendo a los esfuerzos globales para lograr la neutralidad de carbono para la década de 2050.
