Швейцарские химики создали катализатор на базе урана, способный преобразовать молекулы азота, присутствующие в окружающем нас воздухе, в аммиак с низкими затратами энергии. Его последующее улучшение и использование позволит сократить выбросы парниковых газов, связанных с производством удобрений и химикатов, сообщила пресс-служба Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL).
"Уже существующие катализаторы присоединяют молекулы азота только к одному скоплению атомов металла. Мы использовали природоподобный подход, позволяющий прикреплять эти молекулы "боком", что позволяет соединять молекулы азота с двумя атомами металла, что значительным образом упрощает процесс разрыва сильной связи между атомами азота", - пояснила профессор EPFL Маринелла Маццанти, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Разработанный учеными катализатор представляет собой комплексное соединение урана и органических соединений азота, которое способно захватывать молекулы азота "боком" и расщеплять их в присутствии соединений некоторых щелочных металлов, а также органических кислот. В рамках этого процесса к атомам азота постепенно присоединяются электроны, что ведет к расщеплению молекулы газа и образованию двух отрицательно заряженных ионов.
Эти ионы взаимодействуют с присутствующими в окружающей среде протонами, ионами атомов водорода, что приводит к формированию молекул аммиака. Каждый "блок" катализатора способен одновременно ускорять формирование восьми-девяти молекул аммиака, благодаря чему он значительно превосходит по уровню эффективности другие катализаторы аналогичного типа. Все эти реакции протекают при комнатной температуре и давлении, что значительным образом снижает расход энергии.
Также исследователи отмечают, что созданный ими катализатор почти не производит потенциально токсичных и опасных для экологии побочных продуктов, таких как гидразин (N2H4). В перспективе, более совершенные версии этого уранового катализатора можно будет применять для производства аммиака с минимальным ущербом для окружающей среды, подытожили исследователи.
Для производства аммиака уже много десятилетий используется реакция, открытая немецкими химиками Фрицем Габером и Карлом Бошем еще в начале XX века. Бош и Габер выяснили, что смесь из азота и водорода можно превратить в аммиак, если сжать и нагреть ее до 450-500 градусов Цельсия, а затем пропустить через катализатор на базе железа. Пока ученым не удалось создать альтернативные подходы, превосходящие реакцию Габера-Боша в эффективности, из-за чего аммиачная промышленность сейчас является одним из главных источников выбросов СО2 в атмосферу.