США и Япония: катализаторы Fe–Co достигают 100%, TU‑82 — 88% эффективности преобразования нитратов из сточных вод в аммиак

Примечание редакции блога перед публикацией 

Рутинский катализатор железо-кобальт из Rutgers опубликован 2 февраля 2026 в Journal of Colloid and Interface Science, достигая почти 100% конверсии . 

Ранее работы фокусировались на 2D-структурах или других металлах, но эти новинки вводят новые топологии и синергии 

Публикация в блоге 

Концепция электрокаталитического восстановления нитрата (NO₃RR ) до аммиака (NH₃ ) реализована на основе 3D COF TU-82. Нитрат (NO₃⁻ ) , основной загрязнитель сельскохозяйственных и промышленных сточных вод, преобразуется в ценный аммиак NH₃ в условиях окружающей среды с помощью каталитических центров на основе металл -бипиридина, встроенных в 3D COF TU-82. ©Yuichi Negishi et al.

Ученые из Японии и США разработали новые подходы к преобразованию нитратных загрязнений в аммиак, предлагая потенциальные альтернативы вековому процессу Габера-Боша, на который в настоящее время приходится около 2% глобальных выбросов парниковых газов.

Исследователи из Университета Тохоку представили трехмерную ковалентную органическую структуру под названием TU-82, которая достигла фарадеевской эффективности 88,1% при электрохимическом преобразовании нитратов в аммиак, со скоростью выхода аммиака 2,87 миллиграммов в час на квадратный сантиметр. Результаты, опубликованные 2 февраля в журнале Journal of Materials Chemistry A, представляют собой первое применение трехмерных ковалентных органических структур для этой реакции, выходя за рамки двумерных архитектур, которые доминировали в этой области.

Новая структурная схема

Команда из Тохоку создала свою структуру, встроив атомно-диспергированные активные центры железа в сложную [8+2]-связанную сеть. Этот пористый трехмерный каркас обеспечивает улучшенный массоперенос и доступность центров по сравнению со слоистыми 2D-структурами.

«Интегрируя точное топологическое проектирование с сайт-специфической координацией металла, мы можем создать действительно трехмерный пористый каркас, который открывает доступ к однородным каталитическим центрам для превращения нитратов в аммиак», — сказал доктор Саикат Дас, младший ассоциированный профессор Института междисциплинарных исследований передовых материалов Университета Тохоку.

Отдельно исследователи из Университета Рутгерса сообщили в журнале Journal of Colloid and Interface Science о катализаторе, сочетающем железо и кобальт, который достигает почти 100% превращения нитратов в аммиак. Двухкомпонентная система работает совместно: центры железа захватывают и активируют молекулы нитратов, в то время как центры кобальта расщепляют воду для подачи водорода для превращения.

Создан новый катализатор из железа и кобальта, способствующий превращению нитратов в другие вещества. Он очень хорошо работает в щелочных условиях, поскольку эти два материала взаимодействуют друг с другом и прочно связаны на границе раздела фаз. Фото: Journal of Colloid and Interface Science и Tewodros (Teddy) Asef. 

«Эта технология способна изменить наш взгляд на очистку воды и производство аммиака», — сказал Теводрос Асефа, профессор кафедры химии и химической биологии Университета Рутгерса. «Вместо того чтобы рассматривать загрязнение нитратами просто как проблему, которую нужно устранить, мы теперь можем видеть в этом ресурс».

Решение экологических проблем

Эти разработки направлены на решение двух взаимосвязанных проблем. Традиционный процесс Габера-Боша требует температур около 500°C и давления до 200 атмосфер, потребляя около 1% всего мирового производства энергии. В то же время загрязнение нитратами из сельскохозяйственных стоков и промышленных выбросов угрожает водоснабжению по всему миру, вызывая цветение водорослей и создавая риски для здоровья, включая метгемоглобинемию.

Электрохимическое восстановление нитратов происходит при обычных условиях и одновременно устраняет загрязнитель, потенциально создавая то, что Юичи Негиси из Университета Тохоку назвал «мощной платформой для устойчивого электрокатализа азотного цикла».

Исследования остаются на лабораторном уровне, и перед промышленным применением существуют значительные препятствия. Учёным необходимо продемонстрировать долгосрочную стабильность катализаторов и разработать системы, способные сравниться по производительности с существующей инфраструктурой производства аммиака, которая обеспечивает почти половину мирового производства продовольствия.

🇯🇵 Tohoku University: TU-82 (3D-COF, 88.1% FE), J. Mater. Chem. A (2026)

https://www.tohoku.ac.jp/en/press/turning_nitrate_pollution_into_green_fuel.html

🇺🇸 Rutgers University: Fe-Co катализатор (~100% селективность), J. Colloid Interface Sci. (2025) https://rcei.rutgers.edu/scientists-develop-new-catalyst-that-turns-polluted-water-into-valuable-ammonia/

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0021979725025160