Новости химической науки > Алмазы для фотохимиков

Блеск и красота алмазов делает их не только лучшими друзьями девушек, одно их необычных электронных свойств алмазов может заставить полюбить их и химиков.

Исследователи продемонстрировали, что такое свойство алмазов, как отрицательное сродство к электрону [negative electron affinity (NEA)] в мягких условиях может быть использовано для осуществления тех важных химических реакций, которые в промышленности обычно проводятся при высоком давлении и высокой температуре. Результаты нового открытия могут стать полезны для создания энергосберегающих технологий и проведения реакций, которые сложно осуществлять другим способом.

Алмаз, поверхность которого покрыта водородом, обычная форма этого материала, эффективно испускает электроны при облучении ультрафиолетом. Химикам из Университета Висконсина удалось использовать отрицательное сродство к электрону алмаза для того, чтобы сделать алмаз источником электронов, управляющим химической реакцией.

Облучение светом (фиолетовая стрелка) алмаза, покрытого водородом, (красный и черный) испускают электроны (желтые), которые быстро окружаются молекулами воды (зеленые и красные) и могут реагировать с протонами (оранжевые) и N₂ (синий) с образованием аммиака. (Рисунок из Nat. Mat. 2013, DOI: 10.1038/nmat3696)

Исследователи продемонстрировали, что облучение алмаза, погруженного в воду, насыщенную азотом, ультрафиолетом приводит к испусканию электронов и их быстрому взаимодействию с молекулами воды. Эти сольватированные электроны действуют как восстановители, которые могут способствовать образованию аммиака.

Обычно промышленная конверсия азота в аммиак (реакция Боша-Габера) осуществляется при температуре около 500°C и давлении 150-250 атм. Такие жесткие условия необходимы для того, чтобы молекулярный азот связался с твердотельным катализатором. Реакция конверсии азота в аммиак, протекающая в присутствии УФ-облученного алмаза, протекает в воде и при комнатной температуре.

Исследователи из группы Роберта Хамерса (Robert J. Hamers) наблюдали сольватированные электроны непосредственно с помощью нестационарной абсорбционной спектроскопией (transient absorption spectroscopy). Выход аммиака определяли в специально разработанных фотохимических ячейках. Исследователи подтвердили происхождение аммиака за счет введения в ячейки изотопно-меченного молекулярного азота.

Также исследователи сравнили различные формы алмазов и выяснили, что наиболее эффективно восстановление азота до аммиака стимулируется недорогой алмазной крошкой, обычным материалом, который используется для полировки. В настоящее время исследователи планируют определить механизм обнаруженный реакции.

Источник: Nat. Mat. 2013, DOI: 10.1038/nmat3696

метки статьи: #неорганическая химия, #реакционноспособные частицы, #химическая технология, #химия поверхности