Учени са създали катализатор за производство на водород от амоняк, който „нарушава“ законите на физиката

Учени от Обединеното кралство се сблъскаха със загадъчно явление: предложеният от тях катализатор за производство на водород от амоняк се държи необяснимо. Обикновено катализаторите намаляват своята активност по време на процеса, но въпросният катализатор, напротив, ставал все по-ефективен.

Това накарало учените да изследват атомната структура на веществото, която по всичко личи, че нарушава законите на физиката.

Амонякът се счита за един от най-енергоемките носители на енергия. Въпреки това, за да се използва директно, той трябва да бъде разложен на водород (H₂) и азот (N₂). Реакцията протича най-ефективно в присъствието на катализатор, например рутений (Ru), който е редкоземен елемент. Изследователи от Катедрата по химия в Университета в Нотингам, в сътрудничество с Университетите в Бирмингам и Кардиф са разработили катализатор, базиран на графитна пръчка с участието на рутений в нанометричен мащаб. Последният, в контакт с амоняк го разградиха на водород и азот.

Изненадващо, колкото по-дълго е работил катализаторът, толкова по-висока е била неговата активност – реакцията се е ускорявала.

„Бяхме изненадани да открием, че активността на рутениевите наноклъстери във въглерода всъщност се увеличава с времето, което е в противоречие с процесите на деактивиране, които обикновено се случват в катализаторите по време на тяхната употреба. Това вълнуващо откритие не може да бъде обяснено с конвенционалните аналитични методи, затова разработихме микроскопски подход за преброяване на атомите във всеки наноклъстер на катализатора на различни етапи от реакцията с помощта на сканираща трансмисионна електронна микроскопия. Идентифицирахме поредица от фини, но значими трансформации на атомно ниво.“

сподели изследователят Д-р Ифан Чен

Каталитичните елементи са произведени по метода на магнетронно разпрашване, при който плазма в магнитни полета разпръсква мишена (в случая рутений) и разпръсква материала върху носител (графитна пръчка). Този метод гарантира, че по-голямата част от атомите на катализатора са разположени на повърхността на носителя, където могат да взаимодействат със суровината, а не остават дълбоко в материала.

Изследването на атомната структура на катализатора показа, че по време на работа рутеният спонтанно се събира в наноклъстери с площ 2-3 nm². Тези наноклъстери образуват стъпаловидни пресечени пирамиди. В тази форма катализаторът постепенно увеличава активната си повърхност, което обяснява нарастващата му ефективност.

„Това откритие задава нова посока в разработването на катализатори, демонстрирайки стабилна, самоусъвършенстваща се система за производство на водород от амоняк като чист енергиен източник. Очакваме този пробив да допринесе значително за развитието на устойчиви енергийни технологии, подкрепяйки прехода към бъдеще с нулеви въглеродни емисии.“

, обобщи професор Андрей Хлобистов от катедрата по химия