Медно-кобальтовый катализатор сам перестраивается для эффективного получения аммиака
Ученые из Японии и Китая разработали катализатор на основе меди и кобальта, который самопроизвольно перестраивается в ходе электрохимического восстановления нитратов, достигая фарадеевской эффективности 95,4% при синтезе аммиака. Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.
Электрохимическое превращение нитратов решает две задачи: очищает загрязненную воду и позволяет получать аммиак в мягких условиях, без энергоемкого процесса Габера — Боша. Медные катализаторы считаются перспективными, но их поведение в реакции оставалось неясным: ионы меди меняли степень окисления, плохо удерживали промежуточные вещества и медленно расщепляли воду.
Специалисты под руководством Такеши Фудзиты из Кочинского технологического университета добавили к оксиду меди оксид кобальта в количестве от 10 до 50 мольных процентов. Кобальтовая фаза усиливает генерацию активного водорода, а медная — захват нитратов и их восстановление. Оптимальным оказался катализатор с 10% кобальта (Co:Cu = 1:9). Повышение доли кобальта усиливало конкурирующее выделение водорода и тормозило синтез аммиака.
В ходе электролиза исходный Co1Cu9OX перестраивался: на поверхности формировались металлическая медь, оксид кобальта и гидроксильные соединения меди. Эта реконструкция ускоряла адсорбцию нитратов и стабилизировала промежуточные комплексы, что позволило получить 54,68 миллиграмма аммиака в час на миллиграмм катализатора. Исследователи использовали спектроскопию in situ и электронную микроскопию для контроля процесса.
