Forschung für nachhaltige Chemie Mechanismen der Ammoniaksynthese aufgedeckt

Anbieter zum Thema

Fritz Haber-Institut der Max-Planck Ges.

Hellma GmbH & Co. KG

VEGA Grieshaber KG

Solvias AG

Forschende am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft haben gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion und Clariant neue Einblicke in Katalysatoren der Ammoniakproduktion gewonnen. Die Studie zeigt, wie Promotoren Leistung und Stabilität entscheidend verbessern.

Das Haber-Bosch-Verfahren, ein Eckpfeiler der industriellen Ammoniakproduktion, ist seit über einem Jahrhundert weitgehend unverändert geblieben. Forschende der Abteilungen Anorganische Chemie und Interface Science des Fritz-Haber-Instituts, des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion und Clariant haben jedoch bedeutende Fortschritte im mechanistischen Verständnis des hochkomplexen industriellen Katalysators gemacht, der diesen Prozess antreibt. Durch den Einsatz fortschrittlicher Charakterisierungstechniken wie der operando Rasterelektronenmikroskopie und der Röntgen-Photoelektronenspektroskopie bei nahezu Umgebungsdruck hat das Team die komplexen Wechselwirkungen innerhalb der multipromotierten

Prof. Thomas Lunkenbein, der korrespondierende Autor, erklärt: „Unsere Forschung bietet ein tieferes Verständnis der inneren Funktionsweise des Katalysators und zeigt, wie Promotoren und strukturelle Transformationen zu seiner Effizienz und Stabilität beitragen. Dieses Wissen ist entscheidend für die Entwicklung der nächsten Generation von Katalysatoren, die sowohl effektiver als auch nachhaltiger sind.“

Die Studie zeigt, dass die Aktivierungsphase entscheidend für die Bildung der aktiven Katalysatorkonfiguration ist. Während dieser Phase erleichtert das Zusammenspiel verschiedener Promotorphasen die Umwandlung der Katalysatorstruktur in eine poröse Einheit mit einer speziellen Oberflächenabdeckung, die den Weg für ihre verbesserte Leistung und Langlebigkeit ebnet.

Grüner Wasserstoff

Katalyse neu gedacht: Studie stellt Grundannahme zur Wasserelektrolyse infrage

Promotoren: Die unbesungenen Helden

Promotoren, einschließlich Kalium-, Kalzium- und Aluminiumoxiden, sind entscheidend für die Stabilisierung der Katalysatorstruktur und die Steigerung ihrer Aktivität. Diese Elemente arbeiten zusammen, um zementartige Phasen zu schaffen – eine wichtige Zutat für einen robusten und effizienten Katalysator, der in der Lage ist, die Ammoniaksynthese über längere Zeiträume aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus wurde Ammoniak K – eine spezielle Form von hochdispergierten K+-Spezies – als Taktgeber der katalytischen Reaktion identifiziert. Die Forschung hebt die Bedeutung der hierarchischen porösen Struktur des Katalysators hervor, die durch Mineralphasen stabilisiert wird. Diese Architektur verbessert nicht nur die Haltbarkeit des Katalysators, sondern auch seine Widerstandsfähigkeit gegen Deaktivierung und sorgt für eine gleichbleibende Leistung in industriellen Umgebungen.

Die Studie beleuchtet die komplexen Dynamiken von Ammoniaksynthesekatalysatoren und bietet wertvolle Einblicke, die den Weg für zukünftige Innovationen in der industriellen Chemie ebnen könnten, einschließlich der starken Notwendigkeit, die dynamische Natur aktiver katalytischer Oberflächen während der Arbeit zu berücksichtigen. Durch das Verständnis der Rolle von Promotoren und der entscheidenden Rolle des Aktivierungsprozesses können Forscher effizientere und nachhaltigere Katalysatoren für die Ammoniakproduktion entwickeln.

(ID:50567871)