sábado, 23 de diciembre de 2017

Nanocatalizador de un solo átomo para fijar nitrógeno.

La fijación de nitrógeno es un proceso que convierte el nitrógeno de la atmósfera de la Tierra en amoníaco (NH3). Los compuestos de nitrógeno son necesarios para la biosíntesis de plantas, animales y otras formas de vida, por lo que la su fijación es esencial y crucial para mantener todas las formas de vida. En la naturaleza, la fijación de nitrógeno es realizada por la enzima nitrogenasa. En la industria, el fertilizante a base de amoníaco se fabrica mediante el proceso industrial de Haber-Bosch utilizando H2 y N2. Su principal problema  es que requiere presiones y temperas extremadamente altas (150-250 bar y 400-500°C) con grandes cantidades de H2 producida mediante un alto consumo de combustibles fósiles con la concomitante emisión de CO2 .    
En el artículo "Single Mo atom Supported on Defective Boron Nitride Monolayer as an Efficient Electrocatalyst for Nitrogen Fixation: A Computational Study" publicado en el Journal of the American Chemical Society, el profesor Jingxiang Zhao (College of Chemistry and Chemical Engineering of Harbin Normal University, China) y el Prof. Zhongfang Chen (Department of Chemistry, University of Puerto Rico, USA) han propuesto un electrocatalizador bastante prometedor basado en un solo átomo para la reducción de N2 a NH3 en condiciones ambientales.                                                                
Los catalizadores de átomo único (SAC) han surgido como una nueva frontera en la catálisis demostrando rendimientos distintivos para diversas reacciones debido a su alta actividad catalítica con una cantidad significativamente reducida de metales utilizados. Sin embargo, el rendimiento catalítico de los SAC para la fijación y conversión de N2 ha sido poco  explorado. 
Optimized structure of Mo-embedded BN monolayer.
 © American Chemical Society)
Por medio de cálculos los investigadores evaluaron sistemáticamente el rendimiento de una serie de átomos de metales de transición (Sc ~ Zn, Mo, Rh, Ru, Pd y Ag) anclados en monocapa de nitruro de boro (BN) con monovacancias, para ser utilizados como catalizadores de reducción del N2 .Exploraron tres mecanismos de reacción y calcularon las energías libres de cada paso elemental. Finalmente encontraron que un único átomo de Mo soportado por una monocapa de nitruro de boro defectuosa exhibe la actividad catalítica más alta para la fijación de N2 a temperatura ambiente y con un sobrepotencial aplicado bastante bajo. 
El estudio, no solo abre una nueva vía de producción de NH3 a partir de SAC para la fijación de N 2 en condiciones ambientales, también establece un procedimiento eficiente para seleccionar SAC efectivos basados en el entendimiento del mecanismo de catálisis para el diseño de los nanocatalizadores del futuro.

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