Une équipe de recherche dirigée par le professeur distingué Hao Li à WPI-AIMR, Université de Tohoku, a signalé de nouvelles résultats sur les catalyseurs à base de cuivre / cobalt qui améliorent l'efficacité de la réduction électrochimique du nitrate. L'étude, publiée dans Matériaux fonctionnels avancésaborde une étape de limitation de taux clé dans la conversion du nitrate (NO₃⁻) en ammoniac (NH₃), offrant une approche raffinée de la production d'ammoniac vert et du traitement des eaux usées au nitrate.
La réduction électrochimique du nitrate (NO₃⁻RR) émerge comme une stratégie viable pour produire de l'ammoniac dans des conditions ambiantes tout en atténuant la pollution du nitrate. Cependant, le processus en plusieurs étapes est souvent entravé par la conversion lente du nitrate en nitrite (NO₂⁻), ce qui peut réduire considérablement l'efficacité globale.
Dans ce travail, les chercheurs ont synthétisé des catalyseurs sphériques et de nanofleur Cuo / Cuco₂o₄ utilisant une méthode hydrothermale d'émulsion. La conception favorise l'empilement de petites particules et exploite les avantages structurels de Cuo et de Co₃o₄. Il a été démontré que les catalyseurs facilitent les étapes de réaction séquentielle, reliant efficacement NO₃⁻ → NO₂⁻ et NO₂⁻ → NH₃ dans un système unifié.
L'un des résultats centraux de l'étude est la formation de cuivre monomère pendant l'électrolyse. Ce Cu nouvellement formé interagit avec Cuco₂o₄ pour promouvoir la limite de débit NO₃⁻ → NON₂⁻. En conséquence, le même niveau de production d'ammoniac a été observé dans les réactions de réduction des nitrates et des nitrites.
Dans des conditions neutres à -0,70 V (vs RHE), le catalyseur Cu / Cuco₂o₄ a obtenu un rendement pic d'ammoniac de 24,58 mg H⁻¹ Mgcat⁻¹ dans la réduction du nitrate, parallèlement à une efficacité de Faraday de 100%. Lorsqu'il a été utilisé comme substrat, le système a obtenu un rendement presque identique de 24,34 mg h⁻¹ mgcat⁻¹.
« La capacité de Cu et Cuco₂o₄ à travailler en tandem nous aide à mieux comprendre comment concevoir des catalyseurs plus efficaces », a déclaré le professeur Hao Li. « Nos résultats fournissent non seulement des résultats expérimentaux, mais aussi des informations mécanistes qui peuvent guider le développement futur des catalyseurs. »
L'équipe a rendu les données expérimentales et informatiques disponibles via la plate-forme de catalyse numérique, une base de données développée par le laboratoire Hao Li. Ces résultats contribuent aux efforts continus pour optimiser les catalyseurs de la production durable d'ammoniac.
Les travaux futurs se concentreront sur l'extension des performances du catalyseur aux paramètres industriels, y compris les tests de longue durée et la mise en œuvre à l'échelle des réacteurs, tout en approfondissant la compréhension mécaniste grâce à la spectroscopie et à la modélisation de l'opérande.
