Entre bastidores de la síntesis del amoníaco
Desvelar los secretos del catalizador
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Investigadores del Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck, en colaboración con el Instituto Max Planck de Conversión de Energía Química y Clariant, han desvelado nuevos conocimientos sobre los complejos sistemas catalizadores utilizados en la producción industrial de amoníaco. Al examinar la evolución estructural de estos catalizadores, el estudio destaca el papel fundamental de los promotores en la mejora del rendimiento y la estabilidad.
© FHI
Desvelar los secretos del catalizador
El proceso Haber-Bosch, piedra angular de la producción industrial de amoníaco, ha permanecido prácticamente inalterado durante más de un siglo. Sin embargo, los investigadores de los Departamentos de Química Inorgánica y Ciencias de la Interfaz del Instituto Fritz Haber, el Instituto Max Planck de Conversión Química de la Energía y Clariant han realizado importantes avances en la comprensión mecánica del complejísimo catalizador industrial que impulsa este proceso. Mediante técnicas avanzadas de caracterización, como la microscopía electrónica de barrido operando y la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X a presión casi ambiental, el equipo ha descifrado las complejas interacciones de los catalizadores de síntesis de amoníaco multipromovidos.
El Prof. Thomas Lunkenbein, autor correspondiente, declaró: "Nuestra investigación proporciona una comprensión más profunda del funcionamiento interno del catalizador, revelando cómo los promotores y las transformaciones estructurales contribuyen a su eficiencia y estabilidad. Este conocimiento es crucial para desarrollar catalizadores de nueva generación que sean más eficaces y sostenibles."
El papel crítico de la activación
El estudio revela que la fase de activación es crucial para formar la configuración activa del catalizador. Durante esta fase, la interacción de varias fases promotoras facilita la transformación de la estructura del catalizador en una entidad porosa con una cobertura superficial especial que allana el camino para su mayor rendimiento y longevidad.
Promotores: Los héroes anónimos
Los promotores, como los óxidos de potasio, calcio y aluminio, son vitales para estabilizar la estructura del catalizador y potenciar su actividad. Estos elementos trabajan juntos para crear fases similares al cemento, un ingrediente importante para un catalizador robusto y eficaz, capaz de mantener la síntesis de amoníaco durante períodos prolongados. Además, se descubrió que el amoníaco K -una forma especial de especies de K+ muy dispersas- es el marcapasos de la reacción catalítica. La investigación destaca la importancia de la estructura porosa jerárquica del catalizador, estabilizada por fases minerales. Esta arquitectura no sólo aumenta la durabilidad del catalizador, sino también su resistencia a la desactivación, garantizando un rendimiento constante en entornos industriales.
Un legado de innovación
El Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck tiene una larga historia en el campo de la síntesis de amoníaco, marcada por logros pioneros que han dado forma a la química industrial moderna. El homónimo del instituto, Fritz Haber, recibió el Premio Nobel de Química en 1918 por su trabajo pionero en la síntesis de amoníaco a partir de sus elementos, un proceso que revolucionó la producción de fertilizantes agrícolas. Décadas más tarde, en 2007, Gerhard Ertl, antiguo director del instituto, recibió el Premio Nobel de Química por sus estudios de los procesos químicos en superficies sólidas, con los que siguió avanzando en la comprensión de las reacciones catalíticas, siendo uno de los ejemplos clave la profunda visión mecanicista que aportó a los procesos de síntesis del amoníaco mediante el uso de catalizadores modelo. Esta rica tradición de excelencia sigue inspirando e impulsando la investigación innovadora en el instituto, como demuestran los últimos conocimientos sobre sistemas catalíticos industriales multipromovidos para la producción de amoníaco.
Conclusión
Este estudio arroja luz sobre la intrincada dinámica de los catalizadores de síntesis de amoníaco, ofreciendo valiosos conocimientos que podrían allanar el camino para futuras innovaciones en química industrial, incluida la imperiosa necesidad de tener en cuenta la naturaleza dinámica de las superficies catalíticas activas mientras trabajan. Comprendiendo el papel de los promotores y la función crítica del proceso de activación, los investigadores pueden desarrollar catalizadores más eficientes y sostenibles para la producción de amoníaco. Agradecemos la experiencia y la aportación del Prof. Dr. Robert Schlögl, que junto con el equipo de excelentes científicos, han dado lugar a esta importante contribución científica.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Luis Sandoval-Díaz, Raoul Blume, Kassiogé Dembélé, Jan Folke, Maxime Boniface, Frank Girgsdies, Adnan Hammud, Zahra Gheisari, Danail Ivanov, René Eckert, Stephan Reitmeier, Andreas Reitzmann, Robert Schlögl, Beatriz Roldan Cuenya, Holger Ruland, Axel Knop-Gericke, Thomas Lunkenbein; "Decoding technical multi-promoted ammonia synthesis catalysts"; Nature Communications, Volume 16, 2025-8-21
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