Новости химической науки > Прицел на удешевление процесса Габера-Боша

Благодаря новому рутенийсодержащему координационному соединению, разработанному немецкими исследователями, химики-технологи сделали еще один шаг в направлении создания более дешевой альтернативе процессу Габера-Боша.

Каждый год с помощью процесса Габера-Боша производятся миллионы тонн аммиака. С точки зрения химии процесс Габера-Боша очень прост – взаимодействие водорода с азотом на катализаторе - железе, промотированном оксидами калия, кальция, алюминия или других металлов. однако постоянно делаются попытки разработать новый промышленный способ получения аммиака. Дело в том, что для получения аммиака по Габеру-Бошу требуется давление 300 атмосфер и температура 450°C, что делает этот процесс одним из самых энергозатратных среди крупнотоннажных процессов химического производства.

Теперь исследователи из групп Свена Шнайдера (Sven Schneider) и Макса Хольтхаузена (Max Holthausen) продемонстрировали, что нитридный комплекс рутения способен к расщеплению молекулярного водорода и образованию аммиака с высоким выходом при атмосферном давлении и температурах всего около 50°C. Их открытие в перспективе поможет решить проблему со «второй частью» процесса Габера-Боша – активацию водорода и гидрирование азота с образованием аммиака.

Каталитический цикл, в соответствии с которым происходит образованием аммиака из нитрида и водорода (в центре – строение нитридного интермедиата четырехвалентного рутения, определенное с помощью рентгеноструктурного анализа). (Рисунок из Nature Chem., DOI: 10.1038/nchem.1051)

Исследователи из Германии синтезировали плоскую молекулу, атом рутения в которой связан с атомом азота и двумя стерически объемными фосфиновыми фрагментами – PNP-пинцерными лигандами. Нитридный лиганд вводится в коодинационную сферу рутения за счет взаимодействия рутенийсодержащего прекурсора с азидом, нитрид реагирует с водородом, образуя аммиак. Предложенный исследователями механизм разрыва связи H-H включает в себя образование гидридного комплекса рутения.

Ключевым фактором для работы новой системы является кооперативное взаимодействие металл-пинцерный лиганд – для протекания реакции одинаково важно влияние как металлоцентра, так и фосфина. Шнайдер отмечает, что результаты работы его группы можно рассматривать как протекающее в растворе моделирование второй части процесса Габера-Боша – гидрирования азота. Он заявляет, что следующий этап работы должен заключаться в разработке способа расщепления молекулярного азота и получения нитридного комплекса рутения.

Комментируя результаты работы, Кристофер Камминс ( Christopher Cummins), эксперт по химии азота из Массачусетского технологического института отмечает, что результаты работы коллектива немецких ученых наглядно демонстрируют то, что гидрирование нитридного лиганда приводит к образованию аммиака, и, если нитридный лиганд с такой высокой реакционной способностью сможет быть получен в результате расщепления молекулярного азота, можно будет говорить о разработке гомогенно-катализируемой версии процесса Габера-Боша.

Источник: Nature Chem., DOI: 10.1038/nchem.1051

метки статьи: #кинетика и катализ, #неорганическая химия, #химическая технология, #элементоорганическая химия