Científicos de la Universidad Metropolitana de Tokio han revelado cómo los catalizadores de óxido de cobre se transforman durante las reacciones para aumentar drásticamente los rendimientos de amoníaco. Este avance en la reducción electroquímica de nitratos podría llevar a alternativas más limpias al proceso intensivo en energía de Haber-Bosch. Los hallazgos destacan una formación clave de cobre metálico que mejora la eficiencia en condiciones ambientales.
El amoníaco, esencial para fertilizantes y la agricultura global, se produce tradicionalmente mediante el proceso Haber-Bosch, que requiere altas temperaturas y presiones, consumiendo vasta energía y contribuyendo aproximadamente al 1,4% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono. En busca de opciones sostenibles, un equipo liderado por el profesor Fumiaki Amano en la Universidad Metropolitana de Tokio exploró la reacción de reducción electroquímica de nitratos, que genera amoníaco a partir de nitratos a temperatura ambiente y presión atmosférica normal.
Usando técnicas avanzadas de absorción de rayos X operando in situ, los investigadores fijaron partículas de óxido de cobre a fibras de carbono y aplicaron voltajes variables a una solución electrolítica. Inicialmente, bajo voltaje positivo, los iones nitrato se unen a la superficie del catalizador, pasivándola y promoviendo la formación de iones nitrito mientras evitan la conversión a cobre metálico. A medida que el voltaje se vuelve más negativo, emergen partículas de cobre metálico, marcadas por un aumento en los enlaces cobre-cobre, coincidiendo con un fuerte aumento en la producción de amoníaco.
Este cobre metálico facilita la adición de hidrógeno a los iones nitrito, impulsando la reacción hacia el amoníaco. El estudio demuestra que la pasivación de la superficie y la formación in situ de cobre son cruciales para el rendimiento del catalizador en este proceso. Publicado en ChemSusChem en 2025, el trabajo de Rizki Marcony Surya, Surya Pratap Singh, Kosuke Beppu y Fumiaki Amano (DOI: 10.1002/cssc.202501785) sugiere estrategias para diseñar catalizadores electroquímicos más eficientes, potencialmente reduciendo la huella ambiental de la síntesis de amoníaco y apoyando una química industrial más verde.