Koçi Texnologiya Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kristal CuO nanopartikulları amorf kobalt oksidi ilə qarşılıqlı təsir göstərir və adaptiv katalitik rekonstruksiyadan məsul olan heterostrukturu əmələ gətirir. Müəllif: Takeshi Fujita, Koçi Texnologiya Universiteti

Kənd təsərrüfatı axınlarından, sənaye çirkab sularından və bələdiyyə tullantılarından qaynaqlanan nitrat çirklənməsi artan qlobal ekoloji problemdir. Eyni zamanda, ammonyak əsas kimyəvi xammal və dayanıqlı cəmiyyət üçün cəlbedici karbonsuz enerji daşıyıcısı kimi ortaya çıxmışdır.

Sənaye ammonyak istehsalı hazırda yüksək temperatur və təzyiq tələb edən və əhəmiyyətli enerji istehlakı və karbon qazı tullantılarına səbəb olan Haber-Bosch prosesindən asılıdır . Ətraf mühit şəraitində bərpa olunan elektrik enerjisi ilə idarə olunan elektrokimyəvi nitrat reduksiyası (NO₃RR), yaşıl ammonyak istehsal edərkən eyni zamanda nitrat çirkləndiricilərini aradan qaldırdığı üçün getdikcə daha çox diqqət cəlb edir.

Nitrat çirklənməsinin dəyərli bir mənbəyə çevrilməsi

Lakin, nitratın ammonyak halına çevrilməsi çoxsaylı proton və elektron ötürmə mərhələlərini tələb edir ki, bu da həm yüksək katalitik aktivliyə, həm də yüksək məhsul selektivliyinə nail olmağı çətinləşdirir.

Koçi Texnologiya Universiteti və Naqoya Universitetinin tədqiqatçıları bu problemi kökündən fərqli bir strategiya ilə həll edən bir katalizator hazırlayıblar: Katalizator struktur olaraq statik qalmaq əvəzinə, işləmə zamanı davamlı olaraq ən aktiv vəziyyətinə keçir. Tədqiqat Advanced Science jurnalında dərc olunub .

Yeni tədqiqatda tədqiqatçılar tamamilə otaq temperaturunda və atmosfer təzyiqində aparılan sadə kimyəvi sintezdən istifadə edərək heterostrukturlu mis-kobalt oksid katalizatorunu sintez etdilər.

Katalizatorun yenidən qurulması əsl aktiv fazanı yaradır

Katalizator tərkibini sistematik şəkildə optimallaşdırdıqdan sonra, onlar Cu-Co katalizatorunun tədqiq edilən tərkiblər arasında ən yüksək ammonyak istehsal göstəricisini nümayiş etdirdiyini aşkar etdilər.

Tədqiqatçılar ötürücü elektron mikroskopiyası (TEM), rentgen fotoelektron spektroskopiyası (XPS), Raman spektroskopiyası, infraqırmızı spektroskopiya, elektron paramaqnit rezonansı (EPR) və sıxlıq funksional nəzəriyyəsi (DFT) hesablamalarından istifadə edərək elektroliz zamanı baş verən struktur dəyişikliklərini izlədilər.

Onlar ilkin reduksiya mərhələsində əmələ gələn metal misin katalitik cəhətdən aktiv fazada qalmadığını aşkar etdilər. Bunun əvəzinə, səth nitrat ionlarını güclü şəkildə adsorbsiya edən və əsas reaksiya aralıqlarını sabitləşdirən hidroksillə zəngin mis oksid növlərini (Cu-OH) əmələ gətirmək üçün spontan reoksidləşmə və hidroksilləşməyə məruz qalır.

Bu adaptiv rekonstruksiya, iş zamanı katalizatorun ən aktiv səthini davamlı olaraq yaradır.Davamlı axın hüceyrəli elektroliz, katalizatorun praktik iş şəraitində davamlılığını vurğulayaraq, 60 saatdan çox müddətdə nitratdan ammonyakın sabit çevrilməsini nümayiş etdirir. Müəllif: Takeshi Fujita, Kochi Texnologiya Universiteti

Mis və kobaltın birgə rolları

Tədqiqat daha sonra kooperativ katalitik mexanizmi ortaya qoydu. Cu-OH aktiv mərkəzləri əsasən nitrat ionlarını adsorbsiya edir və deoksigenləşmə reaksiyalarını katalizləşdirir, amorf kobalt oksidi isə reaktiv hidrogen növləri yaratmaq üçün suyu effektiv şəkildə dissosiasiya edir.

Bu hidrogen atomları hidrogen sızması yolu ilə Cu-Co sərhədindən keçir və azot tərkibli ara məhsulların hidrogenləşməsini əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirir və ammonyak istehsalını təşviq edir.

Mis və kobalt arasındakı sinergetik qarşılıqlı təsir həm yüksək ammonyak istehsal sürətinə, həm də əla selektivliyə imkan verir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Görkəmli katalitik performans

Optimallaşdırılmış katalizator aşağıdakılara nail oldu:

• Ammonyak istehsal sürəti: 54.68 mq h⁻¹ mgcat⁻¹
• Faradaik səmərəlilik: 95.4%
• Tətbiqi potensial: RHE ilə müqayisədə −0.2 V

Katalizator həmçinin axın hüceyrəsi konfiqurasiyasında 60 saatdan çox sabit işləməsini təmin etdi.

140 ppm nitrat ehtiva edən simulyasiya edilmiş çirkab suları ilə sınaqdan keçirildikdə, katalizator nitrat konsentrasiyasını 7,45 ppm-ə endirdi ki, bu da Ümumdünya Səhiyyə Təşkilatının (ÜST) içməli su üçün 50 ppm təlimatından xeyli aşağıdır.

Bu nəticələr katalizatorun eyni zamanda çirkab sularını təmizləmək və ammonyakı dəyərli kimyəvi resurs kimi bərpa etmək qabiliyyətini nümayiş etdirir.

Praktik əhəmiyyəti

Katalizator tamamilə ətraf mühit şəraitində sintez edilə bilər ki, bu da genişmiqyaslı istehsalı asanlaşdırır.

Nitrat reduksiyasından başqa, bu işdə təqdim edilən adaptiv rekonstruksiya strategiyası karbon qazının reduksiyası, suyun elektrolizi və hidrogen istehsalı da daxil olmaqla geniş elektrokimyəvi texnologiyalar üçün yeni katalizator dizayn prinsipi təmin edə bilər.

Gələcək tədqiqatlar real çirkab sularından istifadə edərək katalizatorun işini qiymətləndirəcək, uzunmüddətli davamlılığı araşdıracaq, elektroliz sistemlərini genişləndirəcək və bərpa olunan elektrik enerjisini praktik yaşıl ammonyak istehsal sistemlərinə inteqrasiya edəcək.

Professor Takeşi Fucita bildirib ki, “Statik qalan katalizatorlar hazırlamaq əvəzinə, katalizatorların iş zamanı dinamik şəkildə uyğunlaşmasına imkan verməyin daha yüksək aktivliyə və selektivliyə səbəb olduğunu aşkar etdik. İnanırıq ki, bu adaptiv yenidənqurma konsepsiyası katalizatorların inkişafına nitrat reduksiyasından daha çox ilham verə bilər”.

Bunun nə üçün əhəmiyyəti var

Elektrokimyəvi nitrat reduksiyası, çirkab sularından nitrat çirkləndiricilərini eyni vaxtda təmizləməklə və ətraf mühit şəraitində yaşıl ammonyak istehsal etməklə ənənəvi ammonyak istehsalına davamlı alternativ təklif edir.

Bu tədqiqat katalizatorların işləmə zamanı dinamik olaraq ən aktiv vəziyyətinə qayıda biləcəyini və bununla da yeni nəsil elektrokatalizatorlar üçün yeni dizayn strategiyası təqdim etdiyini nümayiş etdirir.

Nəşr detalları

Chunyu Yuan və digərləri, Heterostruksiyada Adaptiv Cu Rekonstruksiyası Yüksək Sürətli Nitratdan Ammonyaklara Çevrilməsinə Təsir Edir, Qabaqcıl Elm (2026). DOI: 10.1002/advs.76573

Jurnal məlumatları: Qabaqcıl Elm 

Koçi Texnologiya Universiteti tərəfindən təmin edilir