Научный коллектив НИТУ «МИСиС» представил новый катализатор на основе нитрида бора и наночастиц железа и платины, демонстрирующий высокую степень переработки углекислого газа: конверсия СО2 составила 25% при температуре 350 С, что в
Рост концентрации парниковых газов — одна из основных причин роста среднегодовой температуры и глобальная мировая проблема. Снижение уровня выделения СО2 является одной из самых актуальных долгосрочных задач человечества и серьезной задачей для научного сообщества.
На сегодняшний день существуют 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 компромиссное решение — взять за основу катализатора недорогое железо, снизив содержание благородных металлов, в данным случае платины, до менее 1 атомного %.
Но и при реализации предложенного решения есть сложность — биметаллические наночастицами железо-платина при повышенных температурах показывают высокую склонность к слипанию (агломерации). 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 очень 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», — рассказывает соавтор работы научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматерилы» НИТУ «МИСиС», к.т.н., Антон Конопацкий.
В работе коллектив показал уникальный в своем роде механизм стабилизации наночастиц железо-платина: при повышенных температурах тонкие листы нитрида бора оборачивались вокруг частиц. В результате формировались гетерогенные частицы со структурой типа «ядро-оболочка» и их агломерация значительно замедлялась.
«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», — добавляет Антон Конопацкий.
Полученный материал может найти применение на любых предприятиях с массовыми выбросами СО2. Это химические, нефтеперерабатывающие предприятия, металлургические заводы, целлюлозная промышленность и многое другое.
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 планирует заняться коллектив в продолжение исследований.
