فراوری آمونیاک با استفاده از مواد دو بعدی بهبود یافت - بهترین ها

به گزارش بهترین ها، محققان برای بهبود کارایی واکنش احیاء الکتروشیمیایی نیتروژن، به منظور فراوری آمونیاک، از مواد دو بعدی استفاده کردند.

به گزارش گروه فناوری بهترین ها، آمونیاک (NH 3) مصارف گسترده ای در صنایع دارد و به عنوان گاز برای تأسیسات سرمایشی، تصفیه آب و فراوری پلاستیک، منسوجات، سموم دفع آفات و رنگ ها و همچنین به عنوان واحد سازنده برای فراوری سایر مواد شیمیایی استفاده می گردد.

علی رغم این طیف وسیع از کاربردها، حدود 90 درصد آمونیاک فراوری شده در سراسر دنیا در کود ها برای یاری به تداوم فراوری مواد غذایی برای جمعیت در حال رشد دنیا مورد استفاده قرار می گیرد.

در سیستم های زیستی، نیتروژناز ها می توانند در یک فرآیند ATP محور موسوم به تثبیت N 2، اقدام به تبدیل N 2 به NH 3 می نماید. با این حال، فراوری صنعتی NH 3 به فرآیند هبر-بوش (Haber-Bosch) وابسته است، (N 2 + 3 H 2 → 2 NH 3) فرآیندی که به انرژی زیادی احتیاج داشته و به کاتالیزور های ناهمگن مبتنی بر Fe / Ru یا آلیاژ های Co-Mo-N متکی است. این فرآیند باعث آلودگی قابل توجه محیط زیست می گردد.

مدت هاست که محققان در حال آنالیز کاتالیزور های کارآمدتر و فناوری های جایگزین بوده اند. یکی از این روش ها، فراوری آمونیاک به وسیله واکنش احیاء نیتروژن به شکل الکتروشیمیایی (eNRR) است که می تواند روش جایگزینی برای فرآیند Haber-Bosch فراهم کند. این روش در شرایط محیطی قابل انجام است و از انرژی تجدیدپذیر باد و انرژی خورشیدی استفاده می نماید.

با این حال، الکتروکاتالیست هایی که در حال حاضر در این واکنش استفاده می شوند از قدرت انتخابی پایین برخوردار هستند.

تا به امروز تعداد بسیار کمی الکتروکاتالیست دو بعدی برای NRR ارائه شده است. محققان دریافته اند که منشأ فعالیت و انتخاب گری کاتالیست های دو بعدی در درجه اول با لبه های کاتالیست یا نقص های ساختاری آن ها ارتباط دارد.

تا به امروز چندین راهبرد مانند تقویت ساختاری، مهندسی سطحی و اصلاح نقص برای بهبود فعالیت خاص مواد دو بعدی به کار رفته است. ژونگفانگ چن از دانشگاه پورتوریکو می گوید: برای دستیابی به سنتز کارآمد آمونیاک به وسیله eNRR، کاتالیزوری با فعالیت انتخاب گری بالا و همچنین مساحت بالایی برای واکنش مورد احتیاج است. با این حال، ادغام این دو ویژگی در یک ماده واحد به دلیل دشواری در متعادل سازی واسطه های واکنش، به صورت چالشی عظیم باقی مانده است.

این گروه تحقیقاتی در مقاله ای که در نشریه Advanced Functional Materials به چاپ رساندند، پیشنهاد کردند که گروهی از بورید های فلزی انتقالی دو بعدی که MBenes نامیده می شوند، از خانواده MXenes - می توانند این چالش را رفع نمایند و هم زمان فعالیت بالا و واکنش در سطح وسیع را ارائه نمایند.

ژیانگیو گائو نویسنده اول این مقاله می گوید: ما نشان دادیم که MBenes می تواند به طور موثر جذب و فعال سازی مولکول های N 2 را تقویت کند، در حالی که واکنش رقابتی فراوری هیدروژن را از بین می برد. بنابراین، مشکل اکسیداسیون/تخریب سطح، که عملکرد کاتالیزوری MXenes را برای NRR محدود می نماید، می تواند به طور قابل توجهی در سطح این هفت ماده (CrB، MoB، WB، Mo 2 B، V 3 B 4، CrMnB 2 و CrFeB 2) حل گردد.