Hệ xúc tác dung dịch rắn cho phản ứng tổng hợp NH₃ ở nhiệt độ thấp

Abstract

Tổng hợp NH₃ theo quy trình Haber-Bosch từ lâu đã được nhìn nhận là một trong những giai đoạn quan trọng nhất trong công nghiệp sản xuất phân bón, cụ thể là phân đạm. Tuy nhiên, hầu hết xúc tác sử dụng cho quy trình này đều chỉ hoạt động hiệu quả khi nhiệt độ phản ứng hơn 350°C. Hệ quả là áp suất của phản ứng cũng cần được tăng cường nhằm đảm bảo hiệu suất tổng hợp NH₃ đủ lớn, từ đó gây tiêu tốn đáng kể về mặt năng lượng. Trong một nghiên cứu gần đây, GS Michikazu Hara và các cộng sự thuộc Phòng thí nghiệm Vật liệu và Cấu trúc (Viện Công nghệ Tokyo, Nhật Bản) đã đề nghị sử dụng một hệ vật liệu mới dựa trên nền tảng dung dịch rắn CaH₂-BaF₂ với các hạt nano Ru phủ trên bề mặt nhằm xúc tác cho phản ứng tổng hợp NH₃. Nhờ sự hiện diện của ion F– trong dung dịch rắn, hệ xúc tác này có thể cho điện tử dễ dàng vào các phân tử N₂, giúp quá trình tổng hợp NH₃ trở nên hoàn toàn khả thi ở các khoảng nhiệt độ thấp (50, 75, 100°C).