A Rice és a Princeton Egyetem tudósai kizárólag olcsó nyersanyagokból közösen létrehoztak egy katalizátort, amely pusztán a fény hatására tudja alkotóelemeire cincálni az ammóniát, és így idővel akár a hidrogén alapú gazdaság egyik fontos „építőkövévé” is válhat.

A kémiai folyamat során a vegyület tiszta égésű hidrogénre és a Föld légkörét domináló nitrogénre mállik szét.

A kémiai reakciók általában a hőmérséklet növekedésével párhuzamosan felgyorsulnak, és így a vegyipari gyártók az utóbbi több mint egy évszázadban üzemi méretekben is előszeretettel vették igénybe a különböző hevítési technológiákat. A gond csupán annyi, hogy ezek a folyamatok túlnyomórészt fosszilis energiaforrások elégetésére támaszkodtak, ami nagymértékben növelte a gyártók szénlábnyomát.

Ugyanezen piaci szereplők ráadásul évente dollármilliárdokat költenek különböző termokatalizátorokra, vagyis olyan anyagokra, amelyek intenzív melegítés hatására még jobban felgyorsítják a kémiai reakciókat. A legjobb termokatalizátorok általában platinából vagy a platinacsoport egyéb drága nemesfémeiből (például palládiumból, ródiumból vagy ruténiumból) készülnek.

Megvilágosodás

A Rice két tudósa, Naomi Halas és Peter Nordlander éveket dolgozott azon, hogy fényre aktiválódó, azaz plazmonikus fém nanorészecskéket hozzanak létre. Ezek közül a legjobbak jellemzően szintén nemesfémekből, például ezüstből és aranyból készültek.

Miután 2011-ben felfedezték a plazmonikus részecskéket, amelyek rövid élettartamú, nagy energiájú elektronokat, úgynevezett forró töltéshordozókat (hot carrier) lövellnek ki magukból, 2016-ban rájöttek, hogy az ilyen elektronok generátorait meghatározott katalitikus részecskékkel összekötve különleges hibrid „antenna-reaktorokat” lehet összeállítani. E reaktorok egyik része a fényből begyűjti az energiát, a másik szekció pedig ezt az erőforrást emészti fel egyes kémiai reakciók sebészeti pontosságú lebonyolításához.

Halas, Nordlander, a diákjaik és a munkatársaik már évek óta törték magukat, hogy az antenna-reaktorok energiagyűjtő és reakciógyorsító felére egyaránt nem nemesfém alapú alternatívákat találjanak.

 A munkacsoport ezen erőfeszítéseit koronázta meg az a felismerés, hogy a rézből és vasból „összebarkácsolt” antennareaktor-részecskék hatékony és olcsó, fény alapú katalizátorok lehetnek.

Ebben az esetben a réz felel az energia betakarításáért.

„Fény hiányában a réz-vas-katalizátor a réz-ruténium-katalizátoroknál körülbelül 300-szor alacsonyabb reakcióképességet mutatott, ami nem meglepő, tekintve, hogy ehhez a reakcióhoz a ruténium jobb termokatalizátornak számít – mondta Hossein Robatjazi, a projekt egyik prominens tudományos munkatársa. – Megvilágítás alatt ugyanakkor a réz-vas a réz-ruténiuméhoz hasonló hatékonyságot és reakcióképességet tudott felmutatni” – tette hozzá a szakember.

Egy Syzygy Plasmonics nevű cég LED-del hajtott reaktoraiban már ipari méretekben is letesztelték az új katalizátort. A Rice laborjában még lézerfényben tették próbára az anyagot, ám mint kiderült, a pénztárcabarát kombináció LED-es környezetben is ugyanolyan hatékonyan teljesít.

(Forrás: Rice Egyetem)