Activación de N₂ con capacidad de vacío para la síntesis de amoníaco en un catalizador cargado de Ni

Área de la Ciencia:

• Catálisis y Ciencias de los Materiales
• Ingeniería Química
• Química sustentable

Sus antecedentes:

• La síntesis de amoníaco (NH3) es crucial para los fertilizantes, que tradicionalmente dependen del proceso de Haber-Bosch, que requiere mucha energía.
• Los métodos existentes a menudo usan costosos catalizadores de rutenio o enfrentan desafíos para activar el fuerte enlace triple nitrógeno-nitrógeno (NN).
• Las estrategias como los óxidos promotores y los soportes de electridos tienen como objetivo reducir la energía de activación, pero tienen limitaciones.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador estable y altamente eficiente para la síntesis de amoníaco utilizando elementos abundantes en la tierra.
• Investigar un nuevo mecanismo de doble ubicación para la producción de amoníaco que evite las relaciones de escala tradicional.
• Explorar el potencial de las vacantes de nitrógeno en los nitritos para activar el nitrógeno atmosférico (N2).

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización del catalizador de nitruro de lantano cargado de níquel (LaN).
• Cinética de la reacción de síntesis de amoníaco y experimentos de etiquetado de isótopos.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para comprender los mecanismos de reacción y la formación de vacíos de nitrógeno.

Principales resultados:

• El LaN cargado de níquel demostró una síntesis de amoníaco estable y altamente eficiente.
• Se descubrió que las vacantes de nitrógeno en LaN tienen una baja energía de formación, vinculando y activando efectivamente el N2.
• El rendimiento del catalizador, impulsado por sitios distintos para la activación de H2 y N2, rivaliza con los catalizadores basados en rutenio y supera a los catalizadores convencionales de Ni/Co.

Conclusiones:

• El nitruro de lantano cargado de níquel ofrece un catalizador prometedor y rentable para la síntesis de amoníaco.
• El estudio valida el uso de vacíos de nitrógeno superficial en ciclos catalíticos para la activación de N2.
• Este trabajo introduce un nuevo concepto de diseño de catalizadores para la síntesis de amoníaco utilizando materiales abundantes.