Химики из КНР создали литиевый фотокатализатор для экономичного синтеза аммиака

Китайские химики разработали катализатор на базе гидрида лития, который под действием ультрафиолетового излучения расщепляет молекулы азота и водорода, а также превращает их в аммиак при очень низких температурах и давлении. Его применение позволит значительно снизить расходы на производство этого газа, пишут ученые в статье в научном журнале Nature Chemistry.

«Проведенные нами опыты показали, что совместное введение азота и водорода в емкость с гидридом лития ведет к образованию молекул аммиака при комнатных температурах и давлении в том случае, если данный материал облучается ультрафиолетом. Это дает возможность использовать гидрид лития для фиксации азота, а также в качестве основы для систем хранения водорода в виде молекул аммиака», — пишут 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. Несмотря на все попытки ученых, пока им не удалось создать альтернативные подходы, превосходящие реакцию Габера-Боша в эффективности.

Группа китайских химиков под руководством профессора Института химической физики Китайской академии наук (Далянь) Чэня Пина выяснила, что нужными для этого свойствами обладает созданный ими катализатор на базе гидрида лития. Это вещество, как обнаружили ученые, под действием ультрафиолетового излучения приобретает такую конфигурацию электронных оболочек, при которой внутри его молекул образуются так называемые F-центры.

Они представляют собой зоны с избыточным отрицательным зарядом, которые очень активно взаимодействуют с другими атомами и ионами. Проведенные китайскими химиками опыты показали, что F-центры в молекулах гидрида лития обладают достаточной силой для того, чтобы расщеплять сверхстабильные молекулы азота и заставлять их соединяться с молекулами водорода.

По словам исследователей, эти реакции происходят с достаточно высокой скоростью и при комнатной температуре и давлении, что выгодно отличает разработанный ими катализатор от классической методики Габера-Боша и других методов синтеза аммиака. Это позволяет использовать катализаторы на базе гидрида лития, а также их более совершенные аналоги, для создания новых технологий производства аммиака, а также использования этого газа для хранения водорода в более безопасной форме.