Учёные раскрыли ключевые принципы экологичного производства аммиака

Исследователи из Университета Тохоку (Япония) выявили ключевые принципы, которые могут продвинуть устойчивое производство аммиака путём электрохимического преобразования нитратных отходов.

Анализ экспериментальных данных по электрокаталитическому восстановлению нитратов (NO3RR) до аммиака на более чем 60 катализаторах типа M-N-C. Источник: Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c09199

Их открытия проясняют, как координационная структура металл-азот-углеродных (M-N-C) катализаторов влияет на их эффективность в реакции восстановления нитратов. Этот процесс потенциально может очищать сельскохозяйственные стоки, одновременно производя аммиак для удобрений.

Современное производство аммиака в основном зависит от энергоёмких промышленных процессов. В отличие от них, электрохимический подход позволяет получать аммиак в обычных условиях с использованием возобновляемой электроэнергии.

«Мы систематически сравнили пиррольные и пиридиновые M-N-C катализаторы и обнаружили, что пиррольные структуры обычно обеспечивают более высокую частоту оборотов для производства аммиака», — объяснил руководитель исследования Хао Ли.

Команда объединила систематический анализ данных более 60 катализаторов с pH-зависимым микрокинетическим моделированием. Последующие эксперименты подтвердили теоретические предсказания.

Потенциал нулевого заряда (PZC) и эффекты электрического поля. Источник: Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c09199

В перспективе группа планирует разработать потенциалы машинного обучения для моделирования взаимодействий электрического поля со слабо адсорбированными видами. Это позволит автоматизировать поиск перспективных конфигураций катализаторов.

pH-зависимое микрокинетическое моделирование NO3RR на катализаторах M-N-C. Источник: Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c09199

Все данные исследования доступны через Digital Catalysis Platform — крупнейшую базу данных по катализу, разработанную лабораторией Хао Ли.

Дополнительная информация: Qiuling Jiang et al, The Key Steps and Distinct Performance Trends of Pyrrolic vs Pyridinic M–N–C Catalysts in Electrocatalytic Nitrate Reduction, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c09199

Источник: Tohoku University