Истражувачи од Institute of Science Tokyo развиле нов површински електрен што може да издржи најмалку една недела изложеност на воздух, а притоа да остане ефикасен за синтеза на амонијак во поблаги услови од вообичаените. Станува збор за материјал означен како BaSiN2:O, добиен со внесување мала количина кислород во бариум-силициум нитрид.
Електрените се посебна класа дводимензионални материјали кај кои на површината постои слој од слабо врзани електрони. Токму поради тоа тие лесно донираат електрони и се интересни како катализатори. Но, досега нивната практична употреба беше ограничена бидејќи најчесто брзо се разградуваат при контакт со воздух и влага.
Новиот материјал, според авторите, го надминува токму тој проблем. Со замена на мал дел од површинските азотни атоми со кислород се создава стабилен електронски слој со многу ниска работна функција, околу 1,5 електронволти. Тоа му овозможува лесно да ги предава електроните и да активира молекули на азот, што е клучен чекор во добивањето амонијак.
Истражувачите опишуваат и механизам на самозаштита. Кога материјалот ќе дојде во контакт со азотен гас, површинските електрони се префрлаат кон молекулите на азот и создаваат заштитен слој на површината. Овој слој ја штити структурата од оштетување во воздух. Подоцна, со третман со водород, активираниот азот се претвора во амонијак, а електронскиот слој повторно се обновува.
Бидејќи BaSiN2:O сам по себе не е доволно добар во активирање на водородот, тимот додал наночестички од рутениум. Така добиениот катализатор Ru/BaSiN2:O постигнал стапка на синтеза на амонијак од 43 mmol g-1 h-1 при 300 Целзиусови степени и притисок од 0,9 MPa. Според авторите, тоа е подобар резултат од претходно пријавени електридни, хидридни и класични рутениумски катализатори под слични услови на пониска температура.
Важен дел од резултатите е и стабилноста. По една недела изложеност на воздух, материјалот ја задржал кристалната структура, а каталитичката активност останала присутна и по повеќекратни циклуси на изложување. Ова е значаен чекор за практична примена на вакви материјали, особено во насока на поодржливо производство на амонијак.
Амонијакот е клучен за производството на ѓубрива, а сè повеќе се разгледува и како можен носач на енергија без јаглерод. Затоа технологиите што овозможуваат негово добивање при пониски температури и притисоци се од особен интерес. Студијата е објавена во списанието Nature Communications.
