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Un nuovo design per un catalizzatore a doppio atomo potrebbe ridurre l’impatto ambientale della produzione di ammoniaca

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di KeAi Communications Co.

Come il catalizzatore eterogeneo integra le proprietà dei componenti per migliorare le prestazioni catalitiche. Credito: Università del sud-est, Cina

L’ammoniaca è un gas incolore dall’odore intenso che è diventato una sostanza chimica essenziale per le aziende agricole e farmaceutiche, con circa 200 milioni di tonnellate prodotte e consumate ogni anno.

Il processo Haber-Bosch è l’unica opzione attualmente disponibile per la produzione industriale di ammoniaca, ma la temperatura e la pressione elevate che richiede comportano un elevato consumo di energia e CO2 tassi di emissione. Di conseguenza, i ricercatori hanno cercato nuovi metodi ecologici e di risparmio energetico per la sintesi dell’ammoniaca. La riduzione elettrocatalitica del diazoto, un gas incolore e inodore che costituisce circa il 78% dell’atmosfera terrestre, si sta rivelando un approccio promettente.

In uno studio pubblicato sulla rivista KeAi Energia verde e ambiente, i ricercatori hanno esaminato dozzine di catalizzatori a atomo singolo e doppio nel tentativo di trovare una nuova opzione più ecologica per il processo di riduzione del diazoto. L’autore dello studio Qiang Zhou, che attualmente è uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università di Tokyo in Giappone, spiega: “Il design del catalizzatore è l’elemento più cruciale per una riduzione elettrocatalitica del diazoto di successo. Sapevamo che i catalizzatori eterogenei, in altre parole , catalizzatori con più fasi, hanno il più alto tasso di resa di ammoniaca, ma volevamo scoprire il motivo e quindi utilizzare questa conoscenza per identificare nuove opzioni elettrocatalitiche ancora più efficaci”.

Zhou e i suoi colleghi hanno utilizzato la teoria del funzionale della densità (DFT), un metodo di modellazione meccanica quantistica computazionale utilizzato per studiare la struttura elettronica di sistemi, come atomi e molecole. Secondo Zhou, “è ampiamente utilizzato per progettare nuovi catalizzatori, supportare risultati sperimentali e studiare il meccanismo catalitico. Sapevamo che la simulazione DFT non solo ci avrebbe aiutato a sapere quali catalizzatori funzionavano bene, ma anche perché funzionavano bene. E questo ci aiuterebbe a comprendere meglio il processo di reazione e a progettare catalizzatori migliori”.

Utilizzando il calcolo DFT, il team di ricerca ha esaminato e confrontato sistematicamente dozzine di catalizzatori a singolo atomo. Ciò ha fornito loro informazioni vitali per sviluppare una strategia generale per la progettazione di catalizzatori a doppio atomo (eterogenei). Hanno scoperto che un approccio a doppio atomo che utilizza un ibrido di ferro e molibdeno era il più efficace nell’attivare il diazoto.

Secondo il dottor Feng Gong, un ricercatore della Southeast University, in Cina, che ha condotto lo studio, questa scoperta ha il potenziale per avere un grande impatto sul campo della catalisi eterogenea. Aggiunge: “Speriamo che fornisca alcune linee guida per la futura sintesi sperimentale di catalizzatori a doppio atomo e incoraggi gli scienziati a continuare a esplorare il meccanismo delle reazioni catalitiche”.


Fornito da KeAi Communications Co.

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