Ученые раскрыли роль промоутеров в промышленном производстве аммиака

Закулисье синтеза аммиака. Автор: FHI

Исследователи из Института Фрица Габера Общества Макса Планка в сотрудничестве с Институтом химического преобразования энергии Макса Планка и компанией Clariant представили новые данные о сложных каталитических системах, используемых в промышленном производстве аммиака. Изучая структурную эволюцию этих катализаторов, исследование подчеркивает критически важную роль промоутеров в повышении производительности и стабильности.

Процесс Габера-Боша, краеугольный камень промышленного производства аммиака, оставался практически неизменным более века. Однако исследователям удалось добиться значительного прогресса в механистическом понимании работы высокосложного промышленного катализатора, лежащего в основе этого процесса.

Используя передовые методы характеризации, такие как операндная сканирующая электронная микроскопия и фотоэлектронная спектроскопия при почти атмосферном давлении, команда расшифровала сложные взаимодействия внутри многокомпонентных катализаторов синтеза аммиака.

Профессор Томас Лункенбейн, автор-корреспондент, заявил:

«Наше исследование дает более глубокое понимание внутренней работы катализатора, раскрывая, как промоутеры и структурные преобразования способствуют его эффективности и стабильности. Эти знания крайне важны для разработки катализаторов следующего поколения, которые будут более эффективными и устойчивыми».

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Исследование показывает, что фаза активации имеет решающее значение для формирования активной конфигурации катализатора. В течение этой фазы взаимодействие различных фаз промоутеров способствует преобразованию структуры катализатора в пористую сущность со специальным поверхностным покрытием, открывая путь для повышения его производительности и долговечности.

Промоутеры: Непрославленные герои

Промоутеры, включая оксиды калия, кальция и алюминия, жизненно важны для стабилизации структуры катализатора и повышения его активности. Эти элементы работают вместе, создавая цементоподобные фазы — важный ингредиент для создания надежного и эффективного катализатора, способного поддерживать синтез аммиака в течение длительных периодов. Кроме того, было обнаружено, что аммиак K — особая форма высокодисперсных частиц K⁺ — является «задающим ритм» каталитической реакции.

Исследование подчеркивает важность иерархической пористой структуры катализатора, которая стабилизируется минеральными фазами. Эта архитектура не только повышает долговечность катализатора, но и его устойчивость к дезактивации, обеспечивая стабильную работу в промышленных условиях.

Эта работа проливает свет на сложную динамику катализаторов синтеза аммиака, предлагая ценные идеи, которые могут проложить путь для будущих инноваций в промышленной химии, включая настоятельную необходимость учитывать динамическую природу активных каталитических поверхностей во время работы.

Понимание роли промоутеров и критической важности процесса активации позволит исследователям разрабатывать более эффективные и устойчивые катализаторы для производства аммиака.

Больше информации: Luis Sandoval-Díaz et al, Decoding technical multi-promoted ammonia synthesis catalysts, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63061-6

Источник: Max Planck Society