Un nuevo catalizador para la generación de hidrógeno a partir de amoniaco a bajas temperaturas

La actual emergencia climática global y la rápida disminución de los recursos energéticos están haciendo que las personas busquen alternativas más limpias, como el combustible de hidrógeno. Cuando se quema en presencia de oxígeno, el gas hidrógeno genera cantidades masivas de energía, pero ninguno de los gases de efecto invernadero dañinos, a diferencia de los combustibles fósiles. Desafortunadamente, la mayor parte del combustible de hidrógeno que se produce en la actualidad proviene de gas natural o combustibles fósiles, lo que en última instancia aumenta las emisiones de carbono.

Amoníaco (NH₃), carbono neutral hidrógeno Recientemente, el compuesto ha recibido mucha atención debido a su alta densidad energética y alta capacidad de almacenamiento de hidrógeno. Puede descomponerse para liberar nitrógeno e hidrógeno. El amoníaco se puede licuar, almacenar, transportar y convertir fácilmente en combustible de hidrógeno Si necesario. Sin embargo, la producción de hidrógeno a partir del amoníaco es una reacción lenta con requisitos energéticos muy elevados. para acelerar la producción, catalizadores metálicos A menudo ayudan a reducir el consumo total de energía al tiempo que producen hidrógeno.

Estudios recientes han encontrado que el níquel (Ni) es un cofactor prometedor para la división del amoníaco. El amoníaco se adsorbe en la superficie de los catalizadores de níquel, después de lo cual los enlaces entre el nitrógeno y el hidrógeno en el amoníaco se rompen y se liberan como gases individuales. Sin embargo, obtener una buena conversión de amoníaco usando un catalizador de níquel a menudo implica temperaturas de funcionamiento muy altas.

En un estudio reciente publicado en Catalizador ACS., un equipo de investigadores de Tokyo Tech, dirigido por el profesor asistente Masaaki Kitano, ha descrito una solución para superar los problemas que enfrentan los catalizadores a base de níquel. Han desarrollado un catalizador de imida de calcio con soporte de Ni (CaNH) que puede lograr una buena conversión de amoníaco a temperaturas de funcionamiento más bajas. El Dr. Kitano explica: «Nuestro objetivo era desarrollar un catalizador altamente activo que fuera energéticamente eficiente. Nuestra adición de imida metálica al sistema catalizador no solo mejoró actividad motivacional Pero también nos ayudó a desentrañar el elusivo mecanismo de acción de tales sistemas «.

El equipo descubrió que la presencia de CaNH conducía a la formación de NH.^2- Vacantes (V._{New Hampshire}) en la superficie del catalizador. Estas especies activas mejoraron el rendimiento catalítico de Ni / CaNH a temperaturas de reacción 100 ° C más bajas que las requeridas para operar catalizadores basados ​​en Ni. Los investigadores también desarrollaron modelos computacionales y realizaron el etiquetado de isótopos para comprender lo que estaba sucediendo en la superficie del catalizador. Los cálculos sugirieron un mecanismo de Mars-van Krevelen que involucra la adsorción de amoníaco en la superficie de CaNH y su activación en NH^2- sitios vacíos, la formación de nitrógeno e hidrógeno gaseoso, y finalmente la regeneración de sitios vacíos promovida por nanopartículas de níquel.

El catalizador de Ni / CaNH altamente activo y robusto se puede implementar con éxito para generar gas de hidrogeno de amoniaco. Además, la información sobre el mecanismo catalítico que presenta este estudio se puede utilizar para desarrollar una nueva generación de estímulos. «Como todo el mundo trabaja en conjunto para construir Futuro sostenibleNuestra investigación tiene como objetivo resolver los problemas que enfrentamos en nuestro camino hacia una economía de combustible de hidrógeno más limpia ”, concluye el Dr. Kitano.

Este es un rayo de esperanza para la misión mundial de bajas emisiones de carbono.