Các nhà khoa học Nhật Bản đã phát hiện ra một hợp chất có tên là ethylammonium chì iodide, có thể lưu trữ và giải phóng amoniac một cách an toàn và hiệu quả. Phát hiện này có tiềm năng cho vai trò của amoniac như chất mang hydro không chứa carbon, góp phần chuyển đổi sang một xã hội khử cacbon.
Các nhà khoa học tại Trung tâm Khoa học Vật chất Mới nổi RIKEN ở Nhật Bản đã tìm ra cách lưu trữ amoniac một cách an toàn và hiệu quả bằng cách sử dụng phản ứng hóa học. Họ đã sử dụng một loại perovskite có tên là ethylammonium lead iodide (EAPbI3) tương tác với amoniac ở nhiệt độ phòng, biến đổi cấu trúc của nó và lưu trữ amoniac bên trong. Đáng chú ý, amoniac được lưu trữ có thể được thu hồi một cách đơn giản bằng cách đun nóng nhẹ hợp chất và perovskite có thể được tái sử dụng cho các chu trình lưu trữ và chiết xuất liên tục.
Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học Vật chất Mới nổi (CEMS) RIKEN ở Nhật Bản đã phát hiện ra một hợp chất sử dụng phản ứng hóa học để lưu trữ amoniac, có khả năng cung cấp một cách an toàn hơn và dễ dàng hơn để lưu trữ hóa chất quan trọng này. Phát hiện này, được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ vào ngày 10 tháng 7, giúp không chỉ có thể lưu trữ amoniac một cách an toàn và thuận tiện mà còn cả lượng hydro quan trọng được mang theo. Phát hiện này sẽ giúp dẫn đường đến một xã hội khử cacbon với nền kinh tế hydro thực tế.
Để xã hội thực hiện chuyển đổi từ năng lượng dựa trên carbon sang năng lượng dựa trên hydro, chúng ta cần một cách an toàn để lưu trữ và vận chuyển hydro, bản thân loại năng lượng này rất dễ cháy. Một cách để làm điều này là lưu trữ nó như một phần của phân tử khác và trích xuất nó khi cần thiết. Amoniac, được viết về mặt hóa học là NH 3 , là chất mang hydro tốt vì mỗi phân tử có ba nguyên tử hydro, với gần 20% khối lượng amoniac là hydro.
Những thay đổi có thể đảo ngược về màu sắc và cấu trúc tinh thể trong quá trình bảo quản và chiết xuất amoniac thông qua chuyển đổi hóa học. Tín dụng: RIKEN
Tuy nhiên, vấn đề là amoniac là một loại khí có tính ăn mòn cao, gây khó khăn cho việc lưu trữ và sử dụng. Hiện nay, amoniac thường được lưu trữ bằng cách hóa lỏng nó ở nhiệt độ dưới mức đóng băng trong các thùng chứa chịu áp suất. Các hợp chất xốp cũng có thể lưu trữ amoniac ở nhiệt độ và áp suất trong phòng, nhưng khả năng lưu trữ thấp và không phải lúc nào cũng có thể thu hồi amoniac một cách dễ dàng. Nghiên cứu mới báo cáo việc phát hiện ra perovskite, một vật liệu có cấu trúc tinh thể lặp đi lặp lại đặc biệt, có thể dễ dàng lưu trữ amoniac và cũng cho phép thu hồi dễ dàng và hoàn toàn ở nhiệt độ tương đối thấp.
Nhóm nghiên cứu do Masuki Kawamoto dẫn đầu tại RIKEN CEMS tập trung vào iodua chì ethylammonium perovskite (EAPbI 3 ), được viết về mặt hóa học là CH 3 CH 2 NH 3 PbI 3 . Họ phát hiện ra rằng cấu trúc cột một chiều của nó trải qua phản ứng hóa học với amoniac ở nhiệt độ và áp suất phòng, rồi chuyển đổi linh hoạt thành cấu trúc lớp hai chiều gọi là chì iodua hydroxit, hay Pb(OH)I. Kết quả của quá trình này là amoniac được lưu trữ trong cấu trúc phân lớp thông qua quá trình chuyển đổi hóa học. Vì vậy, EAPbI 3 có thể lưu trữ an toàn khí amoniac ăn mòn dưới dạng hợp chất nitơ trong một quy trình rẻ hơn nhiều so với quá trình hóa lỏng ở -33°C (-27,4°F) trong các thùng chứa có áp suất. Quan trọng hơn nữa, quá trình lấy lại amoniac được lưu trữ cũng đơn giản.
Kawamoto cho biết: “Thật ngạc nhiên, amoniac được lưu trữ trong etylamoni chì iodua có thể được chiết xuất dễ dàng bằng cách đun nóng nhẹ”. Hợp chất nitơ được lưu trữ trải qua phản ứng ngược ở 50°C (122°F) trong chân không và trở về amoniac. Nhiệt độ này thấp hơn nhiều so với nhiệt độ 150°C (302°F) hoặc cao hơn cần thiết để tách amoniac khỏi các hợp chất xốp, tạo ra EAPbI 3 một phương tiện tuyệt vời để xử lý khí ăn mòn trong một quy trình đơn giản và tiết kiệm chi phí. Ngoài ra, sau khi trở về cấu trúc cột một chiều, perovskite có thể được tái sử dụng, cho phép lưu trữ và chiết xuất amoniac nhiều lần. Một điểm cộng nữa là hợp chất thông thường có màu vàng sẽ trở thành màu trắng sau phản ứng. Theo Kawamoto, “khả năng thay đổi màu sắc của hợp chất khi lưu trữ amoniac có nghĩa là các cảm biến amoniac dựa trên màu sắc có thể được phát triển để xác định lượng amoniac được lưu trữ”.
Phương pháp lưu trữ mới có một số cách sử dụng. Trước mắt, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp an toàn để lưu trữ amoniac, phương pháp đã có nhiều ứng dụng trong xã hội, từ phân bón, dược phẩm đến dệt may. Đồng tác giả Yoshihiro Ito của RIKEN CEMS cho biết: “Về lâu dài, chúng tôi hy vọng rằng phương pháp đơn giản và hiệu quả này có thể là một phần của giải pháp nhằm đạt được một xã hội khử cacbon thông qua việc sử dụng amoniac làm hydro không chứa cacbon”. vận chuyển."
Nghiên cứu này sẽ giúp đạt được các Mục tiêu Phát triển Bền vững (SDGs) năm 2016 do Liên hợp quốc đặt ra, đặc biệt là Mục tiêu 7: Năng lượng sạch và giá cả phải chăng và Mục tiêu 13: Hành động vì khí hậu.
Tham khảo: “Lưu trữ hóa học amoniac thông qua chuyển đổi cấu trúc động của hợp chất perovskite lai” của Jyorthana Rajappa Muralidhar, Krishnachary Salikolimi, Kiyohiro Adachi, Daisuke Hashizume, Koichi Kodama, Takuji Hirose, Yoshihiro Ito và Masuki Kawamoto, ngày 10 tháng 7 năm 2023, Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ .
DOI: 10.1021/jacs.3c04181
