Reducción de nitrógeno a amoníaco con alta eficiencia y velocidad basada en una lanzadera de protones de fosfonio

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Química ecológica
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• El amoníaco (NH3) es crucial para los fertilizantes, pero la síntesis de Haber-Bosch emite CO2.
• La reducción electroquímica de nitrógeno mediada por litio ofrece una alternativa de cero carbono, pero requiere fuentes de protones.
• Los métodos existentes se enfrentan a desafíos con el suministro y la eficiencia de protones.

Objetivo del estudio:

• Introducir una sal de fosfonio como transporte de protones para la síntesis electroquímica de amoníaco.
• Para mejorar la conductividad iónica y las tasas de producción de amoníaco.
• Demostrar una ruta sostenible y sin emisiones de carbono para la producción de amoníaco.

Principales métodos:

• Utilizó una sal de fosfonio como transporte de protones en una célula electroquímica.
• Reacción de reducción de nitrógeno realizada bajo presiones controladas de hidrógeno y nitrógeno.
• Se realizaron experimentos de larga duración (20 horas y > 3 días) para evaluar la estabilidad y las tasas de producción.

Principales resultados:

• Se han alcanzado altas tasas de producción de amoníaco de 53 ± 1 nmol/s/cm2.
• Se obtiene una eficiencia faradaica de 69 ± 1% para la síntesis de amoníaco.
• Funcionamiento continuo demostrado durante más de 3 días, lo que indica la estabilidad del sistema.

Conclusiones:

• La sal de fosfonio funciona efectivamente como una lanzadera de protones, superando una limitación clave en la síntesis electroquímica de amoníaco.
• Este método presenta una vía prometedora para la producción sostenible de amoníaco sin emisiones de carbono.
• La conductividad iónica mejorada y la estabilidad allanan el camino para la aplicación industrial.