Comparé au nitrure de carbone graphitique en vrac, l’échantillon optimal présente une activité de réduction photocatalytique du nitrate en ammoniac 2,93 fois supérieure (2,627 mg/h/gcat), et la sélectivité du NH3 passe de 50,77 % à 77,9 %. Des scientifiques ont publié leur approche le 06 septembre dans la revue Energy Material Advances.
Par simple agitation dans une solution de thé vert, certains fers de haute valence peuvent être réduits en métaux, ce qui peut améliorer de manière significative l’activité photocatalytique des semi-conducteurs. Dans le cas présent, des sachets de thé vert usagés ont été utilisés pour réduire le Ru3+, et l’activité photocatalytique de l’échantillon optimisé était 2,93 fois supérieure à celle du g-C3N4 en vrac sous irradiation solaire simulée, selon l’auteur correspondant Bing-Jie Ni, professeur au Centre for Technology in Water and Wastewater (CTWW), School of Civil and Environmental Engineering, University of Technology Sydney (UTS).
« Actuellement, l’ammoniac est principalement produit par le procédé Haber, dans lequel l’azote gazeux et l’eau gazeuse sont convertis en ammoniac à haute température et à haute pression à l’aide de catalyseurs. Chaque année, la synthèse de l’ammoniac consomme environ 2 % de l’énergie mondiale, ce qui entraîne de graves émissions de dioxyde de carbone. Il est donc urgent de développer une synthèse écologique de l’ammoniac dans des conditions ambiantes« , a déclaré M. Ni. « L’utilisation de l’énergie solaire pour transformer le nitrate en ammoniac revêt une grande importance, car elle permet non seulement d’éliminer la pollution de l’eau, mais aussi de synthétiser des produits chimiques de grande valeur.«
Ni et son équipe travaillent sur le domaine de la production d’énergie renouvelable, en particulier sur l’interface entre le génie chimique et la technologie environnementale. Ils se concentrent sur l’intégration de ces disciplines afin de développer des solutions technologiques innovantes et durables pour parvenir à une production d’énergie efficace à partir de ressources renouvelables.
« Cependant, la réduction du nitrate en ammoniac est vraiment difficile en termes de cinétique et de thermodynamique, car il s’agit d’un processus à huit électrons avec de multiples étapes. » a expliqué NI. « Sur la base d’études expérimentales et théoriques, l’introduction de Ru dans le g-C3N4 peut non seulement stimuler l’absorption de la lumière, l’adsorption du nitrate, mais aussi accélérer la séparation des paires électron-trou. On calcule que la barrière énergétique thermodynamique pour l’étape déterminant le taux de réduction des nitrates vers le processus d’ammoniac est inférieure à 0,75 eV, ce qui est beaucoup plus faible que la génération d’hydrogène (0,98 eV) et la formation d’azote (1,36 eV) concurrentes, ce qui conduit à privilégier la génération d’ammoniac. »
Les résultats et les conclusions de ce travail peuvent fournir une nouvelle plate-forme pour la synthèse facile et écologique de photocatalyseurs modifiés par des particules métalliques pour réduire le nitrate en ammoniac dans des conditions ambiantes.
Légende : Les scientifiques de l’UTS ont mis au point une nouvelle méthode pour préparer des photocatalyseurs très efficaces pour la synthèse de l’ammoniac.
CREDIT : An Feng, University of Technology Sydney
Les autres principaux contributeurs sont le Dr Derek Hao, le Dr Jaiwei Ren et le professeur Ho Kyong Shon du Centre for Technology in Water and Wastewater de l’Université de technologie de Sydney, ainsi que le professeur adjoint Ying Wang, affilié à l’Institut de chimie appliquée de Changchun de l’Académie chinoise des sciences.
Ce travail est principalement soutenu par l’Australian Research Council Future Fellowship (FT160100195), le National Key Research and Development Program of China (2016YFA0602900), la National Natural Science Foundation of China (21673220), le Department of Science and Technology of Sichuan Province (2017GZ0051), et le Jilin Province Science and Technology Development Program (20190201270JC, 20180101030JC).
Reference
Authors: Derek Hao,1 Jiawei Ren,1 Ying Wang,2 Hamidreza Arandiyan,3,4 Magnus Garbrecht,5 Xiaojuan Bai,6 Ho Kyong Shon,1 Wei Wei,1 and Bing-Jie Ni1
Title of original paper: A Green Synthesis of Ru Modified g-C3N4 Nanosheets for Enhanced Photocatalytic Ammonia Synthesis
Journal: Energy Material Advances
DOI: 10.34133/2021/9761263
Affiliations:
1- Centre for Technology in Water and Wastewater (CTWW), School of Civil and Environmental Engineering, University of Technology Sydney (UTS), Sydney, NSW 2007, Australia
2- State Key Laboratory of Rare Earth Resource Utilization, Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130022, China
3- Laboratory of Advanced Catalysis for Sustainability, School of Chemistry, The University of Sydney, Sydney 2006, Australia
4- Centre for Advanced Materials & Industrial Chemistry (CAMIC), School of Science, RMIT University, Melbourne, VIC 3000, Australia
5- Australian Centre for Microscopy and Microanalysis, The University of Sydney, Sydney 2006, Australia
6- Beijing Engineering Research Center of Sustainable Urban Sewage System Construction and Risk Control, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 102612, China
JOURNAL
Energy Material Advances
DOI
10.34133/2021/9761263
METHOD OF RESEARCH
Experimental study
SUBJECT OF RESEARCH
Not applicable
ARTICLE TITLE
A Green Synthesis of Ru Modified g-C3N4 Nanosheets for Enhanced Photocatalytic Ammonia Synthesis
ARTICLE PUBLICATION DATE
6-Sep-2021
COI STATEMENT
The authors declare no conflict of interest.
