Las perovskitas son una clase de materiales sintéticos que tienen una estructura cristalina similar a la del titanato de calcio mineral natural. Han sido objeto de muchos estudios porque exhiben propiedades emocionantes y únicas que pueden ajustarse de acuerdo con su composición. UnoUna de sus aplicaciones potenciales es como catalizadores para la síntesis de amoníaco. En otras palabras, se pueden colocar perovskitas específicas dentro de una cámara de reacción con nitrógeno e hidrógeno para promover la reacción de estos gases para formar amoníaco.
El amoníaco es una sustancia útil que puede emplearse en la producción de fertilizantes y productos químicos artificiales, e incluso como un portador de energía limpia en forma de hidrógeno, que puede ser clave en tecnologías ecológicas. Sin embargo, existenvarios desafíos asociados con la síntesis de amoníaco y perovskitas.
La tasa de síntesis para el amoníaco generalmente está limitada por la alta energía requerida para disociar las moléculas de nitrógeno. Algunos investigadores han tenido cierto éxito al usar metales preciosos, como el rutenio. Recientemente, las perovskitas con algunos de sus átomos de oxígeno reemplazados por iones de hidrógeno y nitrógeno tienendesarrollado como catalizadores eficientes para la síntesis de amoníaco. Sin embargo, la síntesis tradicional de perovskitas con tales sustituciones generalmente debe llevarse a cabo a altas temperaturas más de 800 ° C y durante largos períodos de tiempo semanas.
Para abordar estos problemas, en un estudio reciente realizado en Tokyo Tech, un grupo de investigadores dirigido por el Prof. Masaaki Kitano ideó un método novedoso para la síntesis a baja temperatura de una de esas perovskitas sustituidas con oxígeno con el nombre químico BaCeO3? xNyHz y probó su rendimiento como catalizador para producir amoníaco. Para lograr esto, hicieron una alteración innovadora al proceso de síntesis de perovskita. El uso de carbonato de bario y dióxido de cerio como precursores o "ingredientes" implica una temperatura muy alta.requerir que se combinen en la base perovskita, o BaCeO3, porque el carbonato de bario es muy estable. Además, uno tendría que sustituir los átomos de oxígeno con iones de nitrógeno e hidrógeno. Por otro lado, el equipo descubrió que el compuestoLa amida de bario reacciona fácilmente con dióxido de cerio bajo flujo de gas amoniaco para formar directamente BaCeO3 \ beta xNyHz a bajas temperaturas y en menos tiempo ". Esta es la primera demostración de una síntesis ascendente de una esteraerial, denominado oxinitruro-hidruro de tipo perovskita ", explica el profesor Kitano.
Los investigadores primero analizaron la estructura de la perovskita obtenida a través del proceso propuesto y luego probaron sus propiedades catalíticas para la síntesis de amoníaco a baja temperatura en varias condiciones. No solo el material propuesto superó la mayor parte del estado de la-Los competidores del arte cuando se combinan con el rutenio, pero también los supera ampliamente a todos cuando se combinan con metales más baratos, como el cobalto y el hierro. Esto representa enormes ventajas en términos de rendimiento y costo asociado.
Finalmente, los investigadores intentaron dilucidar los mecanismos detrás de la tasa de síntesis mejorada para el amoníaco. En general, la información proporcionada en este estudio sirve como un protocolo para la síntesis de otros tipos de materiales con sustituciones de iones de nitrógeno e hidrógeno y para el diseño inteligente"Nuestros resultados allanarán el camino en nuevas estrategias de diseño de catalizadores para la síntesis de amoníaco a baja temperatura", concluye el profesor Kitano. Estos hallazgos harán que la síntesis de materiales útiles sea más limpia y más eficiente energéticamente.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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