Новый катализатор сделает процесс переработки углекислого газа в 10 раз эффективнее
Специалисты НИТУ «МИСиС» представили новый катализатор на основе нитрида бора и наночастиц железа и платины. Его можно использовать на химических, нефтеперерабатывающих и металлургических заводах, а также на других предприятиях.
Cуществуют два основных способа производства катализаторов для переработки углекислого газа: с использованием благородных металлов – эффективный, но дорогой, и без них – дешевый, с заметно сниженными характеристиками.
Научный коллектив НИТУ «МИСиС» предложил взять за основу катализатора недорогое железо, снизив содержание благородных металлов, в данном случае платины, до менее 1 атомного %.
Однако при реализации предложенного решения возникла сложность – биметаллические наночастицы железо-платина при повышенных температурах cлипаются. Удельная поверхность частиц при этом падает, что негативно сказывается на каталитических свойствах.
«Мы впервые использовали нитрид бора в качестве носителя для каталитически активных наночастиц железо-платина. Одна из особенностей полученного гетерогенного материала состоит в том, что после синтеза размер частиц железо-платина составляет всего 2 нанометра. За счет столь малого размера эти частицы распределяются по поверхности нитрида бора равномерно.
Но, что еще более интересно, в ходе каталитического процесса размер частиц железо-платина, возрастает, но не сильно (в среднем до 8 нанометров). Мы считаем, что это одна из причин, которая позволяет материалу показывать столь высокие каталитические свойства», – рассказал один из авторов работы, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматерилы» НИТУ «МИСиС» Антон Конопацкий.
При повышенных температурах тонкие листы нитрида бора оборачивались вокруг частиц. В результате формировались гетерогенные частицы со структурой типа «ядро-оболочка», и их слипание значительно замедлялось.
«Мы использовали сравнительно простую методику химического синтеза наших катализаторов. Одним из наиболее важных шагов было равномерное диспергирование исходных материалов в среде синтеза. За изменениями в структуре синтезированного материала наблюдали в in situ режиме в колонне просвечивающего электронного микроскопа при температуре 500 С. Это позволило? в некотором приближении? представить нам, что происходит с материалом в ходе катализа», – добавил Антон Конопацкий.
Основным продуктом реакции переработки СО2 с применением полученного катализатора является СО (угарный газ), который может повторно применяться в промышленных процессах. Однако, по словам разработчиков, с экономической точки зрения больший интерес представляет получение из СО сложных углеводородов с большой добавленной стоимостью. Именно этой задачей ученые планируют заняться в будущем.
Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Journal of Catalisys.