كشف علماء في جامعة طوكيو الميتropolitانية كيفية تحول محفزات أكسيد النحاس أثناء التفاعلات لزيادة عوائد الأمونيا بشكل كبير. هذا الاختراق في اختزال النترات الكهروكيميائي قد يؤدي إلى بدائل أنظف لعملية هابر-بوش شديدة الاستهلاك للطاقة. تبرز النتائج تشكيل نحاس معدني رئيسي يعزز الكفاءة في الظروف المحيطة.
الأمونيا، الضرورية للأسمدة والزراعة العالمية، تُنتج تقليديًا عبر عملية هابر-بوش، التي تتطلب درجات حرارة وضغوطًا عالية، وتستهلك طاقة هائلة وتساهم بحوالي 1.4% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية. بحثًا عن خيارات مستدامة، استكشف فريق بقيادة الأستاذ فوميلاكي أمانو في جامعة طوكيو الميتropolitانية تفاعل اختزال النترات الكهروكيميائي، الذي يولد الأمونيا من النترات عند درجة حرارة الغرفة وضغط جوي طبيعي.
باستخدام تقنيات متقدمة لامتصاص الأشعة السينية operando، ربط الباحثون جسيمات أكسيد النحاس بألياف الكربون وطبقوا جهودًا كهربائية متغيرة على محلول إلكتروليتي. في البداية، تحت الجهد الموجب، ترتبط أيونات النترات بسطح المحفز، مما يجعله خاملًا ويعزز تشكيل أيونات النتريت مع منع التحول إلى نحاس معدني. مع تحول الجهد إلى أكثر سلبية، تظهر جسيمات نحاس معدني، مميزة بزيادة روابط النحاس-النحاس، مصادفة لارتفاع حاد في إنتاج الأمونيا.
يسهل هذا النحاس المعدني إضافة الهيدروجين إلى أيونات النتريت، مما يدفع التفاعل نحو الأمونيا. يظهر الدراسة أن خمول السطح وتشكيل النحاس في الموقع أمر حاسم لأداء المحفز في هذه العملية. نُشر في ChemSusChem في عام 2025، عمل ريزكي ماركوني سوريا، سوريا براتاب سينغ، كوسوكي بيبو، وفوميلاكي أمانو (DOI: 10.1002/cssc.202501785) يقترح استراتيجيات لتصميم محفزات كهروكيميائية أكثر كفاءة، مما قد يقلل من البصمة البيئية لتخليق الأمونيا ويدعم الكيمياء الصناعية الأكثر خضراء.