Синтез аммиака

В промышленном масштабе аммиак получают с помощью процесса Хабера и Боша, который требует много энергии и газообразного водорода. Теперь группа исследователей сообщила о гораздо более мягком подходе. Согласно этому исследованию, реактивные соединения бора могут эффективно воздействовать на атмосферный азот и превращать его в хлорид аммония после добавления кислоты. Это преобразование происходит в растворе, при комнатной температуре, без использования металлов или водородного газа.

Процесс Хабера – Бош

Азот составляет 77 % воздуха, которым мы дышим, и поэтому теоретически он практически бесконечно доступен для синтеза аммиака. Однако на практике он лишь крайне медленно реагирует с другими элементами. В процессе Хабера и Боша, который был разработан более 100 лет назад, металлические катализаторы ускоряют эту медленную реакцию. Они активируют азот, который затем реагирует с водородом при высоком давлении и температуре, давая аммиак.

Аммиак используется в промышленности для производства нитратных удобрений. Он также может использоваться в качестве накопителя водорода, когда водород используется в качестве источника энергии. До настоящего времени микробиологические методы фиксации азота были преобладающей мягкой альтернативой процессу Хабера– Боша. Однако использование бактерий для биотехнологического производства аммиака все еще остается довольно неэффективным.

Использование радикалов бора для преобразования азота в аммиак в растворе

Команда исследователей под руководством Николя Мéзайля из Университета Поля Сабатье, CNRS, в Тулузе, Франция, обнаружила, что реактивные соединения бора могут очень эффективно воздействовать на молекулярный азот и активировать его. Команда объяснила свою первоначальную идею: “Мы решили, что использование высокоэнергетических радикалов может обеспечить кинетически и термодинамически благоприятный путь к функционализации азота”

В результате теоретических расчетов команда выделила бор-центрированные радикалы в качестве подходящих кандидатов. Исследователи получили эти борцентрированные радикалы путем добавления сильного восстановителя к органическим галогенидам бора. Полученные вещества преобразовывали молекулярный азот при комнатной температуре в бориламины, которые, в свою очередь, реагировали с водной кислотой, давая хлорид аммония.

Вывод

Мézailles и команда описали новый подход к фиксации азота в растворе с использованием радикальных соединений. Исследователи заметили, что полученные ими бор-центрированные радикалы эффективно разрушают стабильную тройную связь в молекулярном азоте, что делает возможным функционализацию молекулярного азота в мягких условиях. Этот радикальный подход открывает новые возможности для производства аммиака без использования ископаемого сырья.