3 .
Ammoniac (NH 3 ) fait partie des produits chimiques les plus importants produits par l'homme et a un avenir prometteur dans les applications énergétiques durables en plus d'être utilisé dans la production d'engrais. Malheureusement, jusque là, le seul moyen réaliste qui existe de produire de l'ammoniac à l'échelle industrielle est le procédé Haber-Bosch. Cette technique, découvert au XIXe siècle, est très énergivore et peu respectueux de l'environnement ; environ 2% du CO mondial annuel 2 les émissions proviennent des procédés Haber-Bosch.
« Considérant les menaces posées par le réchauffement climatique, il est grand temps de passer à une voie de synthèse d'ammoniac avec zéro CO 2 émissions, " dit le professeur Sangaraju Shanmugam de Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Corée. Shanmugam et ses collègues de DGIST ont travaillé à trouver de nouvelles façons de produire de l'ammoniac par des réactions électrochimiques à température ambiante en utilisant l'azote (N 2 ) naturellement présent dans l'air, un processus techniquement connu sous le nom de fixation électrocatalytique de N atmosphérique 2 .
Bien que divers groupes de recherche aient développé avec succès des catalyseurs pour cellules électrochimiques avec des taux de production d'ammoniac élevés, beaucoup souffrent d'une faible efficacité et sélectivité envers N 2 . D'autres nécessitent des métaux précieux ou des procédés de synthèse complexes, ce qui limite leur applicabilité à l'échelle industrielle. Dans une étude récente publiée dans Catalyse appliquée B :Environnement , Les scientifiques de la DGIST dirigés par le professeur Shanmugam ont abordé tous ces problèmes avec un nouveau catalyseur pour la synthèse électrochimique de l'ammoniac.
Leur approche est basée sur le nitrure de molybdène (Mo 2 N) nanoparticules, qui partagent des propriétés électriques avec l'enzyme nitrogénase que certaines bactéries utilisent pour produire de l'ammoniac dans la nature. Les nanoparticules seules ne font pas l'affaire; cependant, car ils ont tendance à se coller les uns aux autres, cette agglomération réduit la surface totale qui est exposée à N 2 et entrave ainsi les performances du catalyseur. Pour lutter contre ce problème, les scientifiques ont produit des feuilles de nitrure de bore hexagonal (h-BN) bidimensionnelle et les ont adaptées pour contenir les défauts. Ces défauts-vacances de bore et d'azote-sites fournis pour le Mo 2 N nanoparticules pour s'ancrer sans trop s'agglomérer.
Avec ce catalyseur, l'équipe a réussi à synthétiser l'ammoniac à un taux élevé avec une efficacité de 61,5% de manière stable et robuste. Notamment, l'ensemble du processus de fabrication du Ү-Mo à faible coût 2 Le catalyseur N/h-BN peut être réalisé en une seule étape, ce qui en fait une option intéressante en termes d'évolutivité industrielle. Par ailleurs, l'étude a fourni des informations importantes sur la façon dont la taille des nanoparticules affecte la sélectivité du catalyseur pour la fixation de l'azote. Le professeur Shanmugam observe :« Nous pensons que notre travail contribuera grandement au développement de catalyseurs efficaces. Faire progresser les technologies alternatives pour la production de produits chimiques précieux comme l'ammoniac via des méthodes électrocatalytiques ouvrira la voie à un environnement plus propre et plus sûr.
Avec un peu de chance, d'autres études permettront enfin d'abandonner les méthodes d'hier au profit des alternatives durables de demain.
