Vers un moyen écologique de produire de l'ammoniac
Synthèse électrocatalytique de l'ammoniac
Une équipe de chercheurs a dévoilé une alternative prometteuse aux méthodes conventionnelles de synthèse de l'ammoniac, plus respectueuse de l'environnement. Les détails de leur recherche ont été publiés dans le Journal of Materials Chemistry A.
DIAGRAMMES DE POURBAIX DE SURFACE CALCULÉS (A) 1D ET (B) 2D DE FES2(111) EN CONSIDÉRANT DIFFÉRENTES COUVERTURES DE SV, O*, H* ET HO*. LES POTENTIELS EXPÉRIMENTAUX AUX EFFICACITÉS FARADIQUES LES PLUS ÉLEVÉES DES CATALYSEURS À BASE DE FES2 RAPPORTÉS SONT TRACÉS POUR UNE COMPARAISON DIRECTE.
Hao Li et al.
Lorsque Fritz Haber et Carl Bosch ont inventé un moyen de synthétiser l'ammoniac à partir d'azote et d'hydrogène au début du 20e siècle, ils ont permis la production de ce produit chimique à un niveau industriel. Aujourd'hui encore, la synthèse Haber-Bosch reste le principal moyen de produire de l'ammoniac.
Cependant, cette méthode présente certains inconvénients pour l'environnement. Elle consomme beaucoup d'énergie et de ressources, et la production d'hydrogène gazeux fait souvent appel au gaz naturel, qui libère du dioxyde de carbone en tant que sous-produit.
La réaction électrochimique de réduction de l'azote (ENRR), qui permet de convertir l'azote gazeux de l'air en ammoniac à l'aide d'un courant électrique, est considérée comme une alternative prometteuse et durable. La recherche de catalyseurs ENRR performants et rentables constitue toutefois un défi pour la production d'ammoniac ambiant à l'échelle commerciale.
"Nous avons étudié le potentiel des disulfures de métaux de transition moins précieux (TMS2) en tant que catalyseurs pour l'ENRR", explique Hao Li, professeur associé à l'Institut avancé de recherche sur les matériaux de l'Université Tohoku (WPI-AIMR) et auteur correspondant de l'article. "Grâce à une analyse méticuleuse des états de surface induits par l'électrochimie, nous avons découvert un facteur précédemment méconnu qui contribue à leur haute performance ENRR : La génération de vides S".
Li et ses collègues ont commencé par un catalyseur ENRR TMS2 typique, le disulfure de fer (FeS2), où ils ont observé que dans des conditions ENRR, des lacunes S peuvent être facilement générées à la surface du catalyseur. Grâce à des simulations informatiques avancées, ils ont démontré que cette génération "in situ" de lacunes S, induite par l'électrochimie, améliore considérablement l'activité ENRR en favorisant une adsorption et une activation plus fortes du N-N. Les observations expérimentales ont confirmé leurs conclusions.
Les observations expérimentales ont confirmé leurs résultats, qui sont également cohérents avec la littérature récente sur les fenêtres de potentiel ENRR atteignant l'efficacité faradique maximale - la mesure de l'efficacité d'un processus électrochimique dans la conversion de l'énergie électrique en énergie chimique ou vice versa.
Leur analyse s'est également étendue à d'autres catalyseurs TMS2 (SnS2, MoS2, NiS2 et VS2), révélant un phénomène universel de génération "in situ" de lacunes S sous des potentiels ENRR.
"Notre recherche souligne l'importance cruciale de prendre en compte les états de surface dans la conception des catalyseurs ENRR", ajoute Li. "En mettant en lumière le rôle des lacunes S, nous avons fourni une feuille de route précieuse pour améliorer les performances de l'ENRR et accélérer la transition vers une production durable d'ammoniac.
Ce travail a été soutenu par l'AIMR Fusion Research et a également bénéficié d'un soutien substantiel pour la bourse postdoctorale JSPS du Dr Tianyi Wang dans le laboratoire de Hao Li.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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