Des chercheurs de l'Institut Fritz Haber de la Max Planck Society, en collaboration avec le Max Planck Institute of Chemical Energy Conversion et Clariant, ont dévoilé de nouvelles perspectives sur les systèmes de catalyseurs complexes utilisés dans la production industrielle de l'ammoniac. En examinant l'évolution structurelle de ces catalyseurs, l'étude met en évidence le rôle critique des promoteurs dans l'amélioration des performances et de la stabilité.
Le processus Haber-Bosch, une pierre angulaire de la production d'ammoniac industriel, est resté largement inchangé depuis plus d'un siècle. Cependant, les chercheurs des départements de la chimie inorganique et des sciences d'interface du Fritz Haber Institute, de l'Institut Max Planck pour la conversion d'énergie chimique, et de Clariant ont fait des progrès importants dans la compréhension mécaniste du catalyseur industriel très complexe qui anime ce processus.
En utilisant des techniques de caractérisation avancées comme la microscopie électronique à balayage d'opérando et la spectroscopie photoélectronique à rayons X de pression de la pression quasi ambiante, l'équipe a décodé les interactions complexes dans les catalyseurs de synthèse d'ammoniac multi-promotés.
Le professeur Thomas Lunkenbein, l'auteur correspondant, a déclaré: «Nos recherches fournissent une compréhension plus approfondie du fonctionnement interne du catalyseur, révélant comment les promoteurs et les transformations structurelles contribuent à son efficacité et à sa stabilité. Cette connaissance est cruciale pour développer des catalyseurs de nouvelle génération qui sont à la fois plus efficaces et durables. »
Les résultats sont publiés dans la revue Communications de la nature.
L'étude révèle que la phase d'activation est cruciale pour former la configuration du catalyseur actif. Au cours de cette phase, l'interaction de diverses phases de promoteur facilite la transformation de la structure du catalyseur en une entité poreuse avec une couverture de surface spéciale ouvrant la voie à ses performances et à sa longévité améliorées.
Promoteurs: les héros méconnus
Les promoteurs, y compris le potassium, le calcium et les oxydes d'aluminium, sont essentiels pour stabiliser la structure du catalyseur et stimuler son activité. Ces éléments travaillent ensemble pour créer des phases de type ciment – un ingrédient important pour un catalyseur robuste et efficace capable de maintenir une synthèse d'ammoniac sur des périodes prolongées. De plus, l'ammoniac K – une forme spéciale de k hautement dispersé+ espèces – était le stimulateur cardiaque de la réaction catalytique.
La recherche met en évidence l'importance de la structure poreuse hiérarchique du catalyseur, qui est stabilisée par les phases minérales. Cette architecture améliore non seulement la durabilité du catalyseur, mais aussi sa résistance à la désactivation, garantissant des performances cohérentes dans des milieux industriels.
Cette étude met en lumière la dynamique complexe des catalyseurs de synthèse de l'ammoniac, offrant des informations précieuses qui pourraient ouvrir la voie à de futures innovations en chimie industrielle, y compris le fort besoin de considérer la nature dynamique des surfaces catalytiques actives au travail.
En comprenant le rôle des promoteurs et le rôle essentiel du processus d'activation, les chercheurs peuvent développer des catalyseurs plus efficaces et durables pour la production d'ammoniac. Nous reconnaissons l'expertise et la contribution du professeur Robert Schlögl, qui, avec une équipe d'excellents scientifiques, a conduit à cette importante contribution scientifique.
