Science Tokyo: кобальтовый катализатор на антиперовските дал 15,9 ммоль NH3 на г в час при 300 °C

Исследователи из MDX Research Center for Element Strategy Института науки Токио под руководством Yihao Jiang, Hideo Hosono и Masaaki Kitano разработали кобальтовый катализатор на антиперовскитной подложке для синтеза аммиака. Работа опубликована в Journal of the American Chemical Society 28 октября 2026 года. По данным авторов, оптимизированный катализатор производит аммиак со скоростью 15,9 ммоль г–1 ч–1 при 0,9 МПа и 300 °C doi.orgJournal of the American Chemical Societydoi.orgОткрыть источник ↗.

Материал и структура

Подложка — Ba3AlO4-xNyHz, метастабильное соединение со структурой антиперовскита. Его стабилизируют, сочетая несколько анионов с разной валентностью и ионным радиусом: оксидные, нитридные, гидридные и молекулярные анионы азота (N2)− doi.orgJournal of the American Chemical Societydoi.orgОткрыть источник ↗. Соединения на основе бария, например субнитрид бария (Ba2N), хорошо активируют азот, но нестабильны в водороде и разрушаются в ходе синтеза, говорится в релизе.

Команда вырастила Ba3AlO4-xNyHz в виде тонкой оболочки на нанострежнях γ-Al2O3. Кобальт, 5,8 мас. % в оптимизированном образце, самоорганизовался на этой оболочке, и подложка с металлом образовали иерархически структурированный катализатор doi.orgJournal of the American Chemical Societydoi.orgОткрыть источник ↗. Благородных металлов в катализаторе нет.

Активность и механизм

Катализатор Co(5,8 мас. %)/Ba3AlO4-xNyHz/Al2O3 превзошёл эталонный Cs–Ru/MgO, промышленный железный катализатор и недавно описанные катализаторы на неблагородных металлах, сообщают авторы doi.orgJournal of the American Chemical Societydoi.orgОткрыть источник ↗.

Чтобы выяснить механизм, исследователи сочетали эксперименты с расчётами методом функционала плотности; в релизе также упомянуты изотопная метка и спектроскопия. Авторы заключают, что активность связана с ионами (N2)− на межфазных центрах Co–Ba–Al doi.orgJournal of the American Chemical Societydoi.orgОткрыть источник ↗. Барий и алюминий выполняют там разные функции: барий участвует в активации N2, алюминий — в образовании NHx doi.orgJournal of the American Chemical Societydoi.orgОткрыть источник ↗. Согласно релизу, центры бария ослабляют связь азот–азот, что позволяет (N2)− диссоциировать и быстро пополняться за счёт N2, а центры кобальта и алюминия помогают последующим стадиям, ведущим к NH3.

Аммиак применяют главным образом в производстве удобрений, его также рассматривают как не содержащий углерода носитель водорода. Синтез по-прежнему требует высоких температур и давлений из-за прочной связи между атомами азота в N2. Авторы отмечают, что работа предлагает способ стабилизации метастабильных кристаллических структур за счёт включения разных анионов doi.orgJournal of the American Chemical Societydoi.orgОткрыть источник ↗.