Cientistas da Tokyo Metropolitan University revelaram como catalisadores de óxido de cobre se transformam durante reações para aumentar drasticamente os rendimentos de amônia. Este avanço na redução eletroquímica de nitrato pode levar a alternativas mais limpas ao processo intensivo em energia Haber-Bosch. As descobertas destacam uma formação chave de cobre metálico que melhora a eficiência em condições ambiente.
A amônia, essencial para fertilizantes e agricultura global, é tradicionalmente produzida pelo processo Haber-Bosch, que requer altas temperaturas e pressões, consumindo vasta energia e contribuindo com cerca de 1,4% das emissões globais de dióxido de carbono. Buscando opções sustentáveis, uma equipe liderada pelo Professor Fumiaki Amano na Tokyo Metropolitan University explorou a reação de redução eletroquímica de nitrato, que gera amônia a partir de nitratos em temperatura ambiente e pressão atmosférica normal.
Usando técnicas avançadas de absorção de raios X operando in situ, os pesquisadores fixaram partículas de óxido de cobre em fibras de carbono e aplicaram tensões variáveis a uma solução eletrolítica. Inicialmente, sob tensão positiva, íons nitrato se ligam à superfície do catalisador, passivando-a e promovendo a formação de íons nitrito enquanto impedem a conversão para cobre metálico. À medida que a tensão se torna mais negativa, partículas de cobre metálico emergem, marcadas por ligações cobre-cobre aumentadas, coincidindo com um aumento acentuado na produção de amônia.
Este cobre metálico facilita a adição de hidrogênio aos íons nitrito, impulsionando a reação para a amônia. O estudo demonstra que a passivação da superfície e a formação in situ de cobre são cruciais para o desempenho do catalisador neste processo. Publicado em ChemSusChem em 2025, o trabalho de Rizki Marcony Surya, Surya Pratap Singh, Kosuke Beppu e Fumiaki Amano (DOI: 10.1002/cssc.202501785) sugere estratégias para projetar catalisadores eletroquímicos mais eficientes, potencialmente reduzindo a pegada ambiental da síntese de amônia e apoiando uma química industrial mais verde.