Химики создали катализатор, превращающий азот и углекислый газ в удобрение
Катализатор на основе соединений индия, который может удешевить производство карбамида (мочевины) из чистого азота и углекислого газа и сделать его более экологичным, разработали химики под руководством профессора Института технологических процессов Китайской академии наук Чжана Гуанцзиня, пишет 15 декабря ТАСС со ссылкой на статью в журнале Chem Catalysis.
«Поскольку молекулы углекислого газа и азота крайне инертны, их сложно заставить соединиться друг с другом. Эта реакция давно привлекает умы химиков, ведь она одновременно упростит производство удобрений и позволит напрямую бороться с глобальным потеплением. Мы создали нанокристаллы на основе гидроксида индия, которые могут ускорять эти химические взаимодействия», — сообщают разработчики.
Мочевину, простое органическое соединение, состоящее из азота, водорода, кислорода и углерода, широко применяют для производства удобрений, смол, гербицидов и множества других химикатов. Она стала первым органическим соединением, созданным синтетическим путем на неорганической основе.
Самое распространенное получение мочевины происходит в процессе соединения аммиака с углекислым газом при высокой температуре и давлении, что требует больших затрат энергии.
Катализатор, который разработали китайские ученые, представляет собой наночастицы. На их поверхности находятся как чистый индий, так и его гидроксид. Особенностью индия является большое количество электронов, в отличие от его гидроксида. Эти молекулы пытаются соединиться, но особенности структуры наночастиц не дают им этого сделать.
Эта их особенность натолкнула исследователь на мысль, что наночастицы должны «притягивать» к себе молекулы углекислого газа и азота, в которых также есть недостаток и избыток электронов. Для проверки этой идеи ученые изготовили наноструктуры различных размеров и исследовали их взаимодействие с углекислым газом и азотом.
Эксперимент подтвердил, что наночастицы индия соединяются с CO₂ и N₂ при пропускании через них электрического тока. При этом происходит сложная цепочка реакций: СО₂ сначала превращается в угарный газ CO, после чего соединяется с молекулой азота, к которой в это же время добавляются атомы водорода, соединяясь в CO (NH₂)₂ — мочевину.
Высоких температуры и давления такая реакция не требует, что обеспечивает заметное снижение расходов на выработку удобрений и одновременно уменьшает объемы выбросов СО₂, связанных с их производством, заявляют ученые.
