To nie magia, a czysta chemia. Stworzono katalizator, który zamienia amoniak w paliwo wodorowe

Stworzono katalizator, który wykorzystuje światło do przekształcenia amoniaku w paliwo wodorowe. To może być przełom dla całej branży energetycznej.
Fotokalizator Syzygy /Fot. Rice University

Fotokalizator Syzygy /Fot. Rice University

Zespół uczonych z Uniwersytetu Rice’a stworzył skalowalny katalizator, który potrzebuje jedynie światło, aby przekształcić amoniak w paliwo wodorowe. Szczegóły opisano w czasopiśmie Science.

Czytaj też: Innowacyjna metoda wytwarzania “zielonego” amoniaku. Ekolodzy będą zadowoleni

Pierwszy taki katalizator w historii

Ciekły amoniak jest łatwy w transporcie i ma dużą wartość energetyczną, gdyż w każdej jego cząsteczce jest jeden atom azotu i trzy atomy wodoru. Katalizator opracowany przez uczonych z Uniwersytetu Rice’a rozbija je na lotny wodór. W przeciwieństwie do tradycyjnych rozwiązań, nie potrzeba zewnętrznych dostaw ciepła, a jedynie energię pochodzącą ze światła (słonecznego lub LED-owego).

Metale przejściowe, takie jak żelazo, są zazwyczaj słabymi termokatalizatorami. Ta praca pokazuje, że mogą być wydajnymi fotokatalizatorami plazmonicznymi. Pokazuje również, że fotokataliza może być skutecznie przeprowadzona przy użyciu niedrogich źródeł fotonów LED. Dr Naomi Halas z Uniwersytetu Rice’a

Tempo reakcji chemicznych wzrasta wraz z temperaturą, a chemicy wykorzystują ten fakt od ponad wieku, stosując ciepło na skalę przemysłową. Często stosowane są tzw. termokatalizatory – związki, które nie reagują, ale pod wpływem temperatury przyspieszają samą reakcję.

To odkrycie otwiera drogę do zrównoważonego, taniego wodoru, który mógłby być produkowany lokalnie, a nie w masywnych scentralizowanych zakładach. Dr Peter Nordlander z Uniwersytetu Rice’a

Najlepsze znane nam termokatalizatory są zbudowane z platyny i innych metali szlachetnych, np. palladu, rodu czy rutenu. Kiedy w 2011 r. odkryto cząstki plazmoniczne, które wydzielają krótkotrwałe, wysokoenergetyczne elektrony zwane “gorącymi nośnikami”, udowodniono, że mogą je połączyć z katalizatorami, tworząc hybrydowe “anteny-reaktory”, w których jedna część zbiera energię ze światła, a druga wykorzystuje ją do napędzania reakcji chemicznych.

Przy braku światła katalizator miedziano-żelazny wykazywał około 300 razy mniejszą reaktywność niż katalizatory miedziano-rutenowe, co nie jest zaskakujące, biorąc pod uwagę, że ruten jest lepszym termokatalizatorem dla tej reakcji. Pod wpływem oświetlenia, miedź-żelazo wykazała wydajność i reaktywność, które były podobne i porównywalne z miedzią-rutenem. Dr Hossein Robatjazi z Uniwersytetu Princeton

Dr Hossein Robatjazi obecnie pracuje w firmie Syzygy Plasmonics, która udzieliła licencji na technologię anten-reaktorów Uniwersytetowi Rice’a.

Jest to pierwszy przypadek w literaturze naukowej, który pokazuje, że fotokataliza z użyciem diod LED może produkować gazowy wodór z amoniaku w skali gramowej. To otwiera drzwi do całkowitego zastąpienia metali szlachetnych w fotokatalizie plazmowej. Dr Naomi Halas