Amoniak čili čpavek (NH3), jednoduchá sloučenina dusíku s vodíkem, se velmi často používá v zemědělství i průmyslu, od výroby hnojiv až po výbušniny. V současné době se vyrábí především Haber-Boschovou syntézou, reakcí dusíku s vodíkem za velmi vysoké teploty a tlaku. Tento často využívaný postup je ale zoufale energeticky náročný, což vede k tomu, že výroba amoniaku zodpovídá asi za 3 procenta globálních emisí oxidu uhličitého.
Lin Yuan ze Stanford University a jeho kolegové vyvinuli nové slibné plasmonické katalyzátory, které pohánějí syntézu amoniaku při působení slunečního záření, a to při pokojové teplotě a za normálního atmosférického tlaku. Jde o kovové nanočástice, které silně interagují se světlem.
Badatelé vytvořili nanočástice ze zlata a ruthenia (AuRu), v nichž tyto kovy zastoupeny v různých poměrech. Když jsou tyto nanočástice ozářeny sluncem, urychlují reakci mezi dusíkem a vodíkem. Chemické reakce s novými katalyzátory pozorovali s využitím infračervené spektroskopie, která umožňuje sledovat světelné děje.
Experimenty s infračervenou spektroskopií potvrdily, že světelné záření prostřednictvím katalyzátorů oproti běžné tepelné kataláze urychluje reakce při výrobě amoniaku. Se zmíněnými katalyzátory AuRu dosáhli produkce amoniaku 60 mikromolu na gram katalyzátorů za hodinu.
Pozoruhodné bylo, že mechanismus, kterým při tomto postupu vzniká amoniak, do značné míry připomíná biologické procesy tvorby amoniaku. Světlem excitované elektrony se přímo nepodílejí na rozbití vazby mezi dusíky v molekulárním dusíku, ale společně s vodíky se podílejí na aktivaci dusíku. Podobně vyrábějí amoniak enzymy v přírodě.
##seznam_reklama##
Stejný postup by bylo možné využít i pro další významné reakce, které se používají v chemickém průmyslu. Nové AuRu katalyzátory jsou přitom použitelné pro menší chemické provozy, stejně jako pro masivní průmyslové továrny. V obou případech mohou nabídnout vůči prostředí šetrnější výrobu.
Video: Making ammonia from its elements (Haber-Bosch)
Literatura