Аммиак, благодаря высокой плотности энергии, считается многообеающим энергоносителем. Исследовательские команды ведут активный поиск эффективных методов расщепления аммиака на водород и азот. Для этого применяются катализаторы, но они обычно теряют активность по мере использования. Разработка катализаторов нового поколения требует понимания работы механизмов каталитической активности на атомном уровне, рассказывает Science Daily.

Команда ученых из ряда вузов Англии использовала магнетрон для генерации постоянного потока атомов металла. Такой метод, в котором отсутствуют реагенты и растворы, позволяет создавать чистый и высокоактивный катализатор. Увеличив до максимума площадь его поверхности, этот метод позволяет эффективнее всего использовать редкоземельные элементы вроде рутения.

«Традиционные катализаторы состоят из наночастиц, в которых большинство атомов недоступно для реакций. Наш подход начинается с отдельных атомов, которые самособираются в кластеры нужного нам размера. Поэтому мы можем остановить рост кластеров, когда их размеры достигают 2-3 нм2, чтобы большинство атомов оставалось на поверхности и было доступно для химических реакций. В этом исследовании мы использовали такой подход к росту нанокластеров рутения непосредственно из атомов в углеродной среде», — сказал Йесум Альвес Фернандес из Университета Ноттингема.

Для ученых оказалось неожиданностью, что активность рутения на углероде со временем только нарастает. Это открытие нельзя объяснить традиционными методами анализа, поэтому исследователи разработали новый подход, основанный на подсчете атомов в каждом кластере катализатора, на различных стадиях реакции. И выявили малозаметные, но существенные трансформации на атомном уровне.

Изначально неупорядоченные атомы рутения на углеродной поверхности сами выстраиваются в наноразмерные пирамидки, которые проявляют поразительную стабильность на протяжении нескольких часов реакции при высоких температурах. Они постоянно повышают плотность активных участков, увеличивая тем самым выработку водорода из аммиака.

Ученые из Саудовской Аравии и США продемонстрировали инновационный подход к производству аммиака, химического соединения из атомов азота и водорода, ключевого продукта для производства азотных удобрений, взрывчатки, полимеров и многого другого. Разработанный ими опытный образец, получая энергию ветра, вырабатывает аммиак из воздуха.