Science Tokyoの研究者は、アンモニア（NH3）を生成するために使用される100歳の既存の触媒をはるかに上回る画期的な鉄ベースの触媒を開発しました。逆構造として設計されたこの革新的な触媒は、触媒量あたりのNH3生産率を大幅に増加させ、農業および化学物質の重要なプロセスであるアンモニア生産の効率を大幅に改善する可能性を提供します。
ほぼ100年間、世界中の農業需要をサポートする肥料にとって重要なアンモニア生産は、HBボッシュのプロセスに依存しています。このプロセスは、窒素N2と水素を触媒と組み合わせてアンモニアを生成します。触媒設計の多数の開発にもかかわらず、100年以上前に開発された鉄ベースの「促進されたFE」触媒は、依然として大規模なアンモニア生産の標準であり続けています。この触媒は、さまざまな温度と圧力で体積あたりの高いNH3生産速度を達成するのに最も効果的であると考えられていました。
ただし、アンモニア産生が触媒の重量と触媒の重量によって制限されるという事実により、HBプロセスの効率は制限されています。多くの学術研究は、触媒重量あたりのNH3生産の増加に焦点を当てていますが、この指標は実際の生産プロセスを最適化する場合はそれほど関連性がありません。これらの制限を克服するために、東京の研究チームは、ハラ・ミチ・カズ教授が率いる革新的な逆構造を備えた触媒を開発しました。この新しいデザインは、既存の鉄ベースの触媒原理を利用することにより、パフォーマンスを大幅に改善します。
NH3合成用の既存の触媒は、一般に、低密度と高い表面領域で支持された小さな遷移金属粒子で構成されています。この構成により、触媒重量あたりのNH3生産速度が増加しますが、密度は低く、触媒体積あたりのアンモニア生産速度が制限されます。一方、東京科学の逆構造触媒は、カリウムと水素化アルミニウム（ALH）を組み合わせたより大きな鉄粒子を使用し、単位体積あたりのNH3生産率を大幅に増加させます。
新しく開発されたALH-K+/FE触媒は、促進されたFE触媒のほぼ3倍のボリュームあたりNH3生産率を達成する驚くべきパフォーマンスを示しました。さらに、50°Cの低温で効果的に動作します。これは非効率的な範囲であり、活動を減らすことなく2,000時間以上維持します。
機械的研究により、逆構造が活性部位の密度を増加させ、鉄面の電子寄付を改善して、反応の速度制限でのN2切断の効率を改善することが示されています。このブレークスルーは、ALH-K+/FE触媒で作られているため、より持続可能でエネルギー効率の高いアンモニアを生産することを約束します。 NH3の生産をより持続可能な方法で開発することにより、気候変動の努力に貢献する可能性を提供します。
この革新的な触媒設計は、世界の農業生産と持続可能性にとって非常に重要なアンモニア合成の未来を変えることにより、より効率的かつ環境に優しいものにすることができます。
源：:아시아타임즈코리아
