Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Новый фотокатализатор производит аммиак из атмосферного азота при комнатной температуре без использования ископаемого топлива

Новый фотокатализатор производит аммиак из атмосферного азота при комнатной температуре без использования ископаемого топлива

Опубликовал: Admin, 27-10-2021, 23:13, Нанотехнологии, 6, 0

Новый фотокатализатор производит аммиак из атмосферного азота при комнатной температуре без использования ископаемого топлива

Аммиак (NH 3 ) Является основным компонентом удобрений и многообещающим безуглеродным носителем энергии. Однако производство аммиака потребляет около 2 процентов от общего объема производства энергии в мире и ежегодно выделяет 500 Мт углекислого газа. Группа исследователей под руководством ученых из Городского университета Гонконга (CityU) разработала новый вид фотокатализатора, который может производить аммиак из атмосферного азота при комнатной температуре с использованием солнечного света. Этот новый метод превзошел обычные методы, которые вызывают огромные выбросы углерода. Исследовательская группа полагала, что такая технология устойчивого производства аммиака будет способствовать развитию азотной экономики будущего.

Это исследование проводилось профессором Люнг Квок Хай Майкл, профессором энергетики и окружающей среды Фонда образования и благотворительности Шун Хин и доцентом доктором Шан Джин из Школы энергетики и окружающей среды (SEE) CityU, а также ученым из Австралии. Их результаты были опубликованы в научном журнале САУ Нано под названием «Атомно-диспергированный участок металлического железа в металлоорганической структуре на основе порфирина для фотокаталитической фиксации азота».

Аммиак: новое топливо, которое может заменить нефть и уголь при производстве электроэнергии

Аммиак - важный компонент продуктов питания и удобрений. Большая часть искусственного аммиака используется для производства удобрений для сельского хозяйства. Аммиак также является важным химическим веществом с широким спектром промышленного использования, от производства моющих средств до хладагентов. Что еще более важно, в последние годы аммиак привлек большое внимание, поскольку он является источником водорода для топливных элементов, и его легче сжижать и транспортировать, чем водород. Более того, аммиак сам по себе может служить топливом для выработки электроэнергии помимо нефти и угля. Так что потребность в производстве аммиака огромна.

Текущий метод производства: Вреден для окружающей среды

«Исправление» азот это важный шаг перед производством аммиака. Хотя 80 процентов атмосферы состоит из азота, этот «свободный» азот нельзя использовать до тех пор, пока он не превратится в азотсодержащие соединения. Это процесс преобразования называется «азотфиксация».

Фиксация азота может происходить естественным путемили искусственно. Искусственный способ обычно относится к промышленному процессу Габера – Боша при повышенных температурах и давлении, с использованием железа в качестве катализатора для производства аммиака из азота и водорода. В настоящее время производство аммиака в значительной степени зависит от процесса Габера – Боша, но он не является устойчивым, поскольку потребляет огромное количество ископаемого топлива и вызывает огромные выбросы углекислого газа.

Чтобы найти устойчивый способ производства аммиака, профессор Люнг и доктор Джин объединили свои команды, чтобы разработать подход к фиксации азота в условиях окружающей среды с использованием воды и возобновляемых источников энергии. Самой большой проблемой для совместной команды было создание катализатора, который обеспечивает сложную многоступенчатую реакцию фиксации азота.

Новый биомиметический фотокатализатор

В природе железо в составе нитрогеназы (разновидность фермента) благоприятно связывает и активирует азот, а порфирин (разновидность органического соединения) в хлорофилле эффективно собирает солнечный свет. Вдохновленные вышеуказанными природными механизмами, команда разработала металлоорганический каркас (MOF) на основе порфирина, металлизированного железом, фотокатализатор .

Этот биомиметический фотокатализатор с толщиной всего от 15 до 25 нм может производить аммиак после достижения искусственной фиксации азота за счет солнечного света и использования воды в качестве восстановителя при температуре и давлении окружающей среды.

Команда использовала MOF в этом фотокатализаторе, потому что он обеспечивает больше активных центров на поверхности для адсорбции и активации азота. Таким образом, эффективность реакции восстановления азота повышается.

Команда провела эксперименты с этим фотокатализатором и доказала, что аммиак можно производить. «Мы разработали новый фотокатализатор, способный достичь наилучших характеристик фотокаталитической фиксации азота в категории фотокатализаторов на основе MOF. Он демонстрирует один из самых высоких выходов аммиака и лучшую гидролитическую стабильность в MOF», - сказал профессор Люнг. Хорошая гидролитическая стабильность означает, что фотокатализатор необходимо использовать повторно.

В ходе этого исследования команда исследовала фотокаталитическую реакцию восстановления азота на своем биомиметическом фотокатализаторе. Доктор Шан отметил, что новые знания, полученные в результате этой работы, будут способствовать рациональному проектированию фотокатализаторов на основе MOF следующего поколения. Он полагал, что их результаты раскроют потенциал для разработки различных MOF на основе порфирина в качестве фотокатализаторов для различных энергетических и экологических приложений.

Команда надеялась, что это новаторское исследование вдохновит ученых и инженеров в области катализа на изучение и разработку биомиметических фотокатализаторов на основе MOF для катализа других химических реакций при температуре и давлении окружающей среды, не ограничиваясь искусственной фиксацией азота.

«Производство энергии и товарных химикатов с помощью процессов, исключающих использование ископаемого топлива, идеально подходит для достижения углеродной нейтральности. В ходе этого исследования была разработана технология производства Аммиака Из Атмосферного азота И воды за счет сбора солнечного света. Мы устойчиво получали углерод: свободная энергия », - заключил профессор Люнг. Команда считала, что их выводы помогутсмягчить усиливающийся энергетический кризис и экологические проблемы.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии