17/12/2021

Китайские химики создали новый перспективный катализатор

Китайские химики создали наночастицы на основе индия, благодаря которым смесь из чистого азота и углекислого газа превращается в мочевину – ключевой компонент азотных удобрений. Описание разработки опубликовал научный журнал Chem Catalysis.

"Поскольку молекулы углекислого газа и азота крайне инертны, их сложно заставить соединиться друг с другом. Эта реакция давно привлекает умы химиков, ведь она одновременно упростит производство удобрений и позволит напрямую бороться с глобальным потеплением. Мы создали нанокристаллы на основе гидрокиси индия, которые могут ускорять эти химические взаимодействия", – пишут исследователи. Мочевина – это простое органическое соединение, состоящее из азота, водорода, кислорода и углерода.

Его используют для производства удобрений, смол, гербицидов и других химикатов. Почти вcю мочевину вырабатывают благодаря простой реакции, в которой аммиак соединяется с углекислым газом при высокой температуре и давлении. Для этого процесса, а также для производства аммиака нужно много энергии, поэтому стоимость удобрений напрямую зависит от цены на природный газ. В ходе нового исследования химики под руководством профессора Института технологических процессов Китайской академии наук Чжана Гуанцзиня разработали катализатор на основе соединений индия, который может удешевить производство карбамида и сделать его более экологичным. 

Этот катализатор представляет собой наночастицы, на поверхности которых есть как чистый индий, так и его гидроксид. В индии очень много электронов, а во втором – наоборот, в результате чего они постоянно пытаются взаимодействовать друг с другом, но не могут соединиться из-за особенностей пространственной структуры. Чжан Гуанцзинь и его коллеги предположили, что из-за этой особенности наночастицы должны "притягивать" к себе молекулы углекислого газа и азота, в которых также наблюдается есть недостаток и избыток электронов. Руководствуясь этой идеей, ученые изготовили наноструктуры разных размеров и проследили за их взаимодействиями с CO2 и N2. Оказалось, что индиевые наночастицы действительно могут соединяться с азотом и углекислым газом, если пропускать через них электрический ток. В этом случае они активно поглощают оба газа и заставляют их участвовать в сложной цепочке реакций, в ходе которых СО2 сначала превращается в угарный газ, а затем соединяется с молекулой азота, к которой в это же время добавляются атомы водорода. В результате молекулы углекислого газа и азота напрямую превращаются в мочевину при комнатной температуре и давлении. Эта особенность реакции позволит заметно снизить расходы на выработку удобрений и уменьшить объемы выбросов СО2, связанные с их производством, подытожили ученые.

Версия для распечатки