Une équipe de chercheurs a dévoilé une alternative prometteuse aux moyens conventionnels de synthèse de l'ammoniac, plus respectueuse de l'environnement.
Les détails de leurs recherches ont été publiés dans le Journal of Materials Chemistry A. le 21 février 2024.
Lorsque Fritz Haber et Carl Bosch ont inventé un moyen de synthétiser l'ammoniac à partir de l'azote et de l'hydrogène au début du XXe siècle, cela a permis la production de ce produit chimique à un niveau industriel. À ce jour, la synthèse Haber-Bosch reste le moyen dominant de production d'ammoniac.
Cette méthode présente néanmoins certains inconvénients environnementaux. C'est une activité gourmande en énergie et en ressources, et la production d'hydrogène gazeux implique souvent du gaz naturel, qui libère du dioxyde de carbone comme sous-produit.
La réaction électrochimique de réduction de l’azote (ENRR), dans laquelle l’azote gazeux de l’air peut être converti en ammoniac à l’aide d’un courant électrique, est considérée comme une alternative prometteuse et durable. Cependant, la recherche de catalyseurs ENRR performants et rentables constitue un défi ouvert pour parvenir à une production d'ammoniac ambiant à l'échelle commerciale.
"Nous avons exploré le potentiel des disulfures de métaux de transition moins précieux (TMS2 ) comme catalyseurs de l'ENRR", déclare Hao Li, professeur agrégé à l'Institut avancé de recherche sur les matériaux de l'Université de Tohoku (WPI-AIMR) et auteur correspondant de l'article. "Grâce à une analyse méticuleuse des états de surface induits par l'électrochimie, nous avons découvert un facteur jusqu'alors méconnu. contribuant à leur haute performance ENRR :génération de postes vacants."
Li et ses collègues ont commencé avec un TMS ENRR typique2 catalyseur, disulfure de fer (FeS2 ), où ils ont observé que dans des conditions ENRR, des lacunes S peuvent être facilement générées à la surface du catalyseur. Grâce à des simulations informatiques avancées, ils ont démontré que cette génération « in situ » de postes vacants S basée sur l'électrochimie améliore considérablement l'activité ENRR en favorisant une adsorption et une activation N-N plus fortes.
Les observations expérimentales ont confirmé leurs résultats, qui concordaient également avec la littérature récente sur les fenêtres potentielles ENRR atteignant l'efficacité Faradaïque maximale – la mesure de l'efficacité d'un processus électrochimique dans la conversion de l'énergie électrique en énergie chimique ou vice versa.
Leur analyse s'est également étendue à d'autres TMS2 catalyseurs (SnS2 , MoS2 , NiS2 , et VS2 ), révélant un phénomène universel de génération de postes vacants S "in situ" sous les potentiels ENRR.
"Nos recherches soulignent l'importance cruciale de prendre en compte les états de surface dans la conception des catalyseurs ENRR", ajoute Li. "En mettant en lumière le rôle des postes vacants S, nous avons fourni une feuille de route précieuse pour améliorer les performances de l'ENRR et accélérer la transition vers une production durable d'ammoniac."
Plus d'informations : Tianyi Wang et al, Origine de l'activité de réduction électrocatalytique de l'azote sur les disulfures de métaux de transition :rôle critique de la génération in situ de vacance S, Journal of Materials Chemistry A (2024). DOI :10.1039/D4TA00307A
Informations sur le journal : Journal of Materials Chemistry A
Fourni par l'Université du Tohoku
