es.wedoany.com Noticia: Un equipo de investigación liderado por el Dr. Marcel Risch del Centro Helmholtz de Materiales y Energía de Berlín (HZB) y el Prof. Dr. Sanjay Mathur de la Universidad de Colonia ha logrado mejorar la eficiencia y selectividad de catalizadores de película delgada de ferrita de cobalto (CoFe₂O₄) en la conversión electroquímica de nitrato a amoníaco mediante un método de síntesis asistido por campo magnético. Este estudio ofrece una alternativa sostenible al tradicional y energéticamente intensivo proceso Haber-Bosch.
La síntesis de amoníaco es un paso clave en la industria química y en la producción de fertilizantes agrícolas, pero el proceso Haber-Bosch tradicional consume entre el 1% y el 2% de la energía mundial y contribuye con casi el 1% de las emisiones de gases de efecto invernadero. Un nuevo método basado en la conversión electroquímica de nitrato surge como una ruta alternativa prometedora, especialmente para aprovechar los lodos nocivos generados por la agricultura intensiva. Sin embargo, este proceso requiere catalizadores eficientes para suprimir la generación de hidrógeno y subproductos nitrogenados, y las películas delgadas de óxidos de metales de transición con estructura de espinela, como CoFe₂O₄, se consideran de gran potencial.
Los investigadores descubrieron que aplicar un campo magnético externo durante la síntesis del catalizador puede mejorar significativamente su rendimiento. En experimentos específicos, las películas delgadas de CoFe₂O₄ preparadas bajo un campo magnético de 1 Tesla mostraron el mejor desempeño: en comparación con el mismo material sintetizado sin campo magnético, la producción de amoníaco se triplicó. Además, este catalizador produjo 22 veces más amoníaco que el óxido de hierro puro Fe₃O₄-1T, también sintetizado bajo un campo magnético de 1 Tesla, lo que indica que el cobalto desempeña un papel decisivo en la reducción de nitrato. Los cálculos de la teoría del funcional de la densidad (DFT) confirmaron que el cobalto inhibe la reacción competitiva de evolución de hidrógeno y promueve la conversión de nitrato. Los análisis mostraron que el campo magnético estabiliza los iones Co²⁺ catalíticamente activos en los sitios octaédricos del catalizador, reduciendo así la barrera cinética de la reducción de nitrato.
Cabe destacar que el campo magnético solo se aplicó durante el crecimiento de la película delgada, y estas mejoras persistieron en las operaciones electroquímicas posteriores sin necesidad de un campo magnético externo. Las imágenes de microscopía electrónica de barrido indicaron que cuanto más fuerte era el campo magnético durante la síntesis, más rugosa era la superficie de la película delgada de CoFe₂O₄, proporcionando así una mayor superficie de reacción. El equipo de investigación espera que este resultado impulse una exploración más amplia de las estrategias asistidas por campo magnético en la personalización de electrocatalizadores.
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