A fény hajtja az arany nanorészecskéket: tisztább ammónia a végeredmény

A kutatók azt vizsgálják, miként lehetne fenntarthatóbban előállítani az egyik legfontosabb ipari vegyületet, az ammóniát, amely a műtrágyák, tisztítószerek és robbanóanyagok gyártásának is alapja. A hagyományos Haber–Bosch-eljárás máig az alapvető ammóniagyártási módszer, ám hatalmas energiaigénye miatt az üvegházhatású gázok globális kibocsátásának körülbelül 3 százalékáért felelős. A Stanford Egyetem, a Boston College és további kutatóintézetek munkatársai most egy ígéretes áttöréssel álltak elő: fényvezérelt katalizátorokat fejlesztettek, amelyekkel szobahőmérsékleten, normál légköri nyomáson is előállítható az ammónia, jóval kevésbé környezetszennyező módon.

Új, napfénnyel működő katalizátorok

Az új katalizátor apró, arany–ruténiumötvözetből készült részecskékből áll, amelyek meghatározott arányban tartalmaznak aranyat és ruténiumot. A napfény hatására ezek a részecskék erőteljesen kölcsönhatnak a fénnyel: felgyorsítják a nitrogén és a hidrogén közötti reakciót, így keletkezik az ammónia. Kimutatták, hogy a folyamat szobahőmérsékleten és normál nyomáson is eredményes, a termelés sebessége elérte a 60 mol ammóniát grammonként és óránként. Egyúttal egy speciális infravörös spektroszkópiai módszerrel igazolták, hogy napfény hatására a nitrogén hidrogénezése lényegesen gyorsabb, mint hagyományos hőkatalízis során.

Utánzás a természettől: biológiai mintára

A kutatócsoport számítógépes szimulációkkal is elemezte, hogyan befolyásolják a napfénynek kitett Au–Ru-részecskék az ammónia képződését. Arra jutottak, hogy a folyamat mechanizmusa meglepően hasonlít ahhoz, ahogy a természetben, például enzimek segítségével keletkezik az ammónia. A fény által gerjesztett elektronok lehetővé teszik, hogy a nitrogénmolekulák asszociatív hidrogénezéssel aktiválódjanak, szemben a hagyományos eljárás közvetlen nitrogénkötés-felbontásával. Ez a módszer mind a hidrogént, mind a napfényt igényli, hogy áttörje a nitrogén aktiválásának természetes akadályát.

Fenntarthatóbb vegyipar idehaza is?

Az újfajta katalizátorok bevezetése hosszú távon lehetővé tenné, hogy akár ipari méretekben, akár kisebb léptékben is lényegesen környezetkímélőbben állítsanak elő ammóniát. Erre utal többek között az is, hogy a kutatás további, fényvezérelt eljárások kidolgozását inspirálhatja más fontos vegyületek esetében is. A módszert később újabb kísérletek során finomíthatják, és a gyakorlatban is tesztelhetik nagyobb létesítményekben. Végső soron ezek az arany–ruténiumalapú katalizátorok hozzájárulhatnak a kibocsátások csökkentéséhez, új utat nyitva a fenntartható kémiai termelés felé.

2025, adminboss, phys.org alapján