​Международная группа исследователей, в состав которой вошел сотрудник Сибирского федерального университета, обнаружила, что наночастицы золота, выращенные на органической матрице, содержащей ионы калия, показывают значительно большую эффективность электрохимического преобразования азота в аммиак. 

 
Изобретение 

 
Аммиак — одно из наиболее широко производимых неорганических химических веществ. Большая часть современной промышленности и сельского хозяйства основана на аммиаке, это важное сырье для производства пластмасс, волокон, красителей, взрывчатых веществ, смол, фармацевтических препаратов и искусственных удобрений. 80% и более произведенного аммиака используется для удобрения сельскохозяйственных культур. 

В индустриальном масштабе синтез аммиака идет наиболее распространенным путем (процесс Харбера—Боша): смесь азота и водорода пропускается через нагретый катализатор (400–600°С) под высоким давлением (150–350 атм.). Однако такой процесс энергоемок, и на его долю приходится от 1% до 2% мирового годового потребления энергии. Крупномасштабное производство аммиака имеет высокую себестоимость. Водород для этого производится из природного газа, что ведет к выделению большого количества углекислого газа (не менее 450 млн тонн в год), усугубляя парниковый эффект. 

В последние годы ученые стали обращать внимание на возможность производства аммиака с помощью электрохимической реакции восстановления азота. Такой процесс может управляться электричеством, получаемым от солнечной и ветровой энергии, и весь процесс преобразования может протекать при нормальных условиях. Множество катализаторов было исследовано за последние несколько лет, но их желаемая эффективность все еще находится на начальной стадии, поскольку сложно одновременно достичь высокого выхода аммиака и выхода по току. 

 
«Нашим коллегам из Китая удалось экспериментально приготовить катализаторы на основе ультрадисперсных наночастиц золота, встроенных в органическую матрицу, содержащую ионы калия. Эти катализаторы показали высокую стабильность и одновременную эффективность выхода аммиака и выхода по току. Для объяснения механизма работы катализатора мы создали модели и провели расчеты. Обнаружилось, что присутствие катионов калия создает двойной эффект. С одной стороны, предотвращает приближение H3O+ к поверхности золота за счет отталкивания от положительно заряженной координационной сферы комплексов K+, что приводит к подавлению конкурирующей нежелательной реакции выделения водорода. И с другой стороны, одновременно с этим переносимый заряд усиливает взаимодействие между связанной молекулой азота и поверхностью золота, что приводит к снижению лимитирующей стадии»,— рассказал соавтор работы, старший научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики и спектроскопии СФУ Артем Куклин

 
По материалам статьи Potassium ions promote electrochemical nitrogen reduction on nano-Au catalysts triggered by bifunctional boron supramolecular assembly / Xue Zhao, Ziqiong Yang, Artem V. Kuklin, Glib V. Baryshnikov, Hans gren, Wenjing Wang, Xiaohai Zhou and Haibo Zhang // Journal of Materials Chemistry A — HOT Papers collection. 2020. ​Issue 26.

 

Похожие новости

  • 30/07/2020

    Перовскиты использовали для создания умных светодиодных ламп

    Исследователи из Сибирского федерального университета вместе с китайскими коллегами синтезировали материалы из перовскитов, которые могут менять цвет излучения в рекордно широком диапазоне. Этот показатель регулируется содержанием ионов европия и длиной волны падающего ультрафиолетового излучения.
    258
  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    800
  • 14/09/2017

    Красноярские ученые создали материал для сверхмощных электросетей

    ​Ученые из Сибирского федерального университета и Федерального исследовательского центра Красноярского научного центра СО РАН синтезировали наночастицы оксида меди, которые могут стать основой сверхпроводящих материалов при комнатной температуре.
    1752
  • 09/07/2020

    Исследователи выяснили, почему в составе планет Солнечной системы много железа и магния

    ​​​По данным ученых, легкие химические элементы улетучиваются по мере отвердевания магмы на "зародышах" планет и могут полностью исчезнуть под действием излучения Солнца. Международная группа исследователей с помощью компьютерного моделирования определила причину, по которой в составе планет Солнечной системы преобладают тяжелые химические элементы – железо и магний.
    884
  • 20/12/2019

    Когда наука несет свет: ученые предложили производить светодиоды без редкоземельных металлов

     Международная группа учёных синтезировала и изучила соединение, которое поможет значительно удешевить производство светодиодов для получения белого света, имитирующего солнечный. Такие диоды широко применяются в освещении жилых и производственных помещений, для наружной рекламы и выращивания растений предприятиями агропромышленного комплекса.
    763
  • 17/11/2017

    Химик Александр Кабанов — о своей работе на стыке наук и том, чем организация науки в России отличается от американской

    ​Александр Кабанов — русский и американский химик, специалист в области адресной доставки лекарств, директор центра нанотехнологий для доставки лекарств университета Северной Каролины, создатель лаборатории «Химический дизайн бионаноматериалов» МГУ, член совета по науке Министерства образования и науки РФ, член координационного совета международной Ассоциации русскоязычной академической науки.
    2504
  • 21/12/2016

    В СФУ будет создан НИИ нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии

    ​19 декабря 2016 года ученый совет Сибирского федерального университета утвердил создание Научно-исследовательского института нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии СФУ. НИИ будет создан на базе лаборатории нелинейной оптики и спектроскопии.
    1431
  • 17/04/2019

    Российские ученые создали «умные» керамические фильтры для промышленности

    ​Российские ученые создали нанокомпозитный материал, который улучшит свойства мембран из электропроводной керамики и электрохимических датчиков. Такие мембраны смогут выборочно выделять и пропускать одни ионы и "отвергать" другие, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ).
    618
  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    272
  • 05/10/2018

    Бокоплав-кузнечик выживает в «горячей» воде за счет неверного жиросжигания

    Устойчивость к высокой температуре во многом зависит от способности обходиться без кислорода.​Ученые из Иркутского государственного университета, Белорусского государственного университета, Байкальского исследовательского центра, Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета узнали, как бокоплав-кузнечик Gammarus lacustris реагирует на постепенный рост температуры окружающей воды и какими биохимическими приспособлениями он пользуется, чтобы выжить.
    2083