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COMUNICATO STAMPA: Un nuovo metodo green per sintetizzare l’ammoniaca

Location
Trieste (Italy) 20.06.2023

In un recente studio, pubblicato sulla rivista scientifica Advanced Materials, un gruppo di ricerca che comprende scienziati e scienziate del Central European Research Infrastructure Consortium (CERIC) ha descritto in dettaglio un metodo di sintesi dell’ammoniaca innovativo e sostenibile.

L’ammoniaca è una sostanza chimica utilizzata in tutto il mondo, con un’ampia gamma di applicazioni: dall’agricoltura (per la produzione di fertilizzanti) alla fabbricazione di plastiche, tessuti e pesticidi, fino alla depurazione delle acque. Tuttavia, la sua produzione è un processo altamente impattante dal punto di vista ecologico: si stima infatti che il procedimento comunemente utilizzato per sintetizzare questa sostanza sia responsabile di circa il 2% del consumo energetico mondiale e dell’1,5% delle emissioni totali di CO₂. La reazione fotoelettrochimica di riduzione dell’azoto (Photoelectrochemical nitrogen reduction reaction, PEC NRR) può contribuire a risolvere questo problema: si tratta infatti di un approccio di sintesi green e sostenibile, alimentato dall’energia solare; gruppi di ricerca provenienti da tutto il mondo sono quindi alla ricerca di nuove soluzioni che possano migliorare questo metodo (ad esempio cambiando i fotocatodi e/o l’elettrolita utilizzati nel processo).

Un modo promettente per farlo è utilizzare come mediatore il litio (Li), un accorgimento che potrebbe ridurre l’energia esterna necessaria affinché avvenga la reazione. Tuttavia questa procedura era, fino ad oggi, poco studiata: non esisteva una comprensione nei dettagli del suo meccanismo catalitico, ed era perciò difficile migliorarne la performance.

Il team ha dimostrato innanzitutto che la PEC NRR mediata dal litio, utilizzando fotocatodi a base di silicio in una soluzione di perclorato di litio (scelto per la sua elevata stabilità e sicurezza, e per il gruppo instabile privo di azoto) e carbonato di propilene, è un modo efficace per ottenere ammoniaca con un alto tasso di resa e un’eccellente efficienza faradica. Inoltre, il gruppo di ricerca ha utilizzato la microscopia elettronica a scansione a emissione di campo (FESEM) per rivelare l’architettura del fotocatodo a base di silicio; ha poi sfruttato la spettroscopia fotoelettrica a raggi X che si trova presso la linea di luce di Scienza dei Materiali (Materials Science Beamline MSB, partner facility ceca di CERIC) in Elettra Sincrotrone Trieste per analizzare i cambiamenti nello stato chimico e nella struttura elettronica della superficie del fotocatodo al buio e in condizioni di illuminazione.

Anche se sono necessari ulteriori studi per comprendere appieno il potenziale futuro della reazione di riduzione fotoelettrochimica dell’azoto nella produzione di ammoniaca, gli scienziati hanno ottenuto per la prima volta una descrizione dettagliata del processo mediato da litio, fornendo così un nuovo approccio per una sintesi rapida, efficiente, economica ed ecologicamente sostenibile di questa sostanza così largamente utilizzata.

CERIC-ERIC è un consorzio di infrastrutture di ricerca fondato dalla Commissione Europea nel 2014. Esso offre a ricercatori e industrie un unico punto di accesso a oltre 50 tecniche e laboratori in otto Paesi dell’Europa centro-orientale per la ricerca multidisciplinare a livello micro- e nano-metrico nei campi dei materiali avanzati, dei biomateriali e delle nanotecnologie.

ARTICOLO ORIGINALE:

Photoelectrochemical N₂-to-NH₃ Fixation with High Efficiency and Rates via Optimized Si-Based System at Positive Potential versus Li^0/+
Zhang X., Lyu Y., Zhou H., Zheng J., Huang A., Ding J., Xie C., De Marco R., Tsud N., Kalinovych V., Jiang S.P., Dai L., Wang S., Advanced Materials, 2023.

CARTELLA STAMPA: https://bit.ly/465RXbn

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Marcello Turconi, marcello.turconi@ceric-eric.eu , +39 3388952761