Ilmuwan di Tokyo Metropolitan University mengungkap bagaimana katalis oksida tembaga berubah selama reaksi untuk meningkatkan hasil amonia secara dramatis. Terobosan ini dalam reduksi nitrat elektrokimia dapat mengarah pada alternatif yang lebih bersih untuk proses Haber-Bosch yang boros energi. Temuan ini menyoroti pembentukan tembaga logam kunci yang meningkatkan efisiensi pada kondisi ambient.
Amonia, yang esensial untuk pupuk dan pertanian global, secara tradisional diproduksi melalui proses Haber-Bosch, yang memerlukan suhu dan tekanan tinggi, mengonsumsi energi besar dan menyumbang sekitar 1,4% emisi karbon dioksida dunia. Mencari opsi berkelanjutan, tim yang dipimpin Profesor Fumiaki Amano di Tokyo Metropolitan University mengeksplorasi reaksi reduksi nitrat elektrokimia, yang menghasilkan amonia dari nitrat pada suhu kamar dan tekanan atmosfer normal.
Menggunakan teknik absorpsi sinar-X operando canggih, para peneliti melampirkan partikel oksida tembaga ke serat karbon dan menerapkan tegangan yang bervariasi ke larutan elektrolit. Awalnya, di bawah tegangan positif, ion nitrat berikatan dengan permukaan katalis, memasivkannya dan mempromosikan pembentukan ion nitrit sambil mencegah konversi ke tembaga logam. Saat tegangan bergeser lebih negatif, partikel tembaga logam muncul, ditandai dengan peningkatan ikatan tembaga-tembaga, bertepatan dengan lonjakan tajam produksi amonia.
Tembaga logam ini memfasilitasi penambahan hidrogen ke ion nitrit, mendorong reaksi menuju amonia. Studi ini menunjukkan bahwa pasivasi permukaan dan pembentukan tembaga in-situ sangat penting untuk kinerja katalis dalam proses ini. Diterbitkan di ChemSusChem pada 2025, karya Rizki Marcony Surya, Surya Pratap Singh, Kosuke Beppu, dan Fumiaki Amano (DOI: 10.1002/cssc.202501785) menyarankan strategi untuk merancang katalis elektrokimia yang lebih efisien, berpotensi mengurangi jejak lingkungan sintesis amonia dan mendukung kimia industri yang lebih hijau.