Теги → катализатор

Российские учёные в 10 раз повысили эффективность недорогих катализаторов для переработки углекислого газа

«Зелёная» повестка дня и жёсткое квотирование выбросов углерода заставляют создавать на производствах системы улавливания и переработки CO2. Без катализаторов процесс переработки углекислого газа крайне неэффективен, но к самим катализатором также есть вопросы. Они либо используют драгоценные металлы и эффективны, но стоят очень дорого, либо создаются из широко распространённых металлов и дёшевы, хотя и с низкой эффективностью.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Научный коллектив НИТУ «МИСиС» смог создать достаточно недорогой катализатор для переработки углекислого газа (CO2) в угарный газ (CO) и вынашивает планы дальнейшего преобразования угарного газа в углеводородное топливо. Тем самым российские учёные планируют не только влиять на углеродный след промышленности, но также получать попутно топливо для повторного использования.

В предложенном катализаторе на основе наночастиц железа доля драгоценного металла (платины) снижена до менее 1 атомного процента. Проблема с катализаторами на основе наночастиц железа и платины была в том, что при нагреве до рабочих температур в 350 °C наночастицы сливались в островки и тем самым снижали эффективность катализаторов. Распределение наночастиц в материале катализатора резко снижалось, и говорить об эффективности уже не приходилось.

Открытие учёных заключается в том, что они разработали техпроцесс «окукливания» наночастиц железа и платины в оболочки из нитрида бора. Опыты показали, что в такой обёртке наночастицы увеличиваются в размерах не очень сильно: в среднем с 2 нм до 8 нм. Это позволяет недорогому катализатору на основе железа долго оставаться эффективным. Если сравнивать разработку с современными аналогами катализаторов на основе железа, то новый катализатор показывает рост конверсии CO2 в 10–15 раз и достигает 25 % при температуре 350 °C.

На этом эксперименты не закончились. Учёные будут искать возможность дальнейшее превращения CO в углеводородное топливо, чтобы замкнуть процесс улавливания углекислого газа до получения более удобного в обращении горючего. Добавим, работа была опубликована в международном научном журнале Journal of Catalysis и доступна по ссылке.

Китайские учёные предложили эффективный катализатор для превращения углекислого газа в жидкое топливо

Если промышленность и экономика человечества не могут прекратить вырабатывать углекислый газ, то этот самый газ лучше всего превратить во что-то полезное. Например, переработать его в жидкое топливо — это и утилизация, и польза для экономики.

Источник изображения: Wiley-VCH / Angewandte Chemie

Источник изображения: Wiley-VCH / Angewandte Chemie

Для превращения углекислого газа (CO2) в ряд жидких топливных соединений китайские учёные разработали перспективный электрокатализатор. Выход по току у нового катализатора достигает 49 % при 0,8 В по сравнению с широко использующимся реверсивным водородным электродом для получения C2-4 и он остаётся стабильным в течение трёх месяцев.

Новый катализатор разработала и испытала команда из Фошаньского университета (Фошань, Гуандун), Китайского университета науки и технологии (Хэфэй, Аньхой) и Сианьского университета Шиёу (Сиань, Шэньси) под руководством Фэй Ху, Тингтинг Конг, Цзюнь Цзян и Юйцзе Сюн. Основными продуктами переработки углекислого газа являются этанол, ацетон и н-бутанол.

Жидкое топливо легче запасать, транспортировать и сжигать, а вырабатывать его можно при избытке электроэнергии на солнечных или ветряных электростанциях. Избыток всё равно никуда не подаётся, поэтому сравнительно низкая эффективность химических реакций в присутствии катализаторов — это лучше, чем ничего.

Созданный учёными электрокатализатор назвали a-CuTi@Cu или активная медь на аморфном сплаве меди и титана. Сплав меди и титана обрабатывается плавиковой кислотой до полного удаления титана с поверхности. При этом в материале образуются поры с центрами из активной меди и титаном в глубине материала (он по-прежнему остаётся сплавом). Экспериментально подтверждено, что материал демонстрирует удивительно высокую активность, селективность и стабильность для восстановления CO2 до продуктов C2-4. Чистая медь на такое неспособна, а предложенная структура справляется более чем хорошо.

Австралийские учёные предложили простой способ превратить углекислый газ в кислород и углерод

Представьте ситуацию, в которой машины с двигателями внутреннего сгорания, ТЭС на угле и газе и промышленные установки вместо углекислого газа при сжигании топлива вдруг начали вырабатывать чистый кислород. Фантастика? Но это возможно, заявили учёные из Австралии и представили установку для простого и эффективного превращения CO2 в кислород и твёрдый углерод.

Источник изображения: UNSW

Источник изображения: UNSW

Учёные из Школы химической инженерии Университета Квинсленда под управлением команды из Университета Нового Южного Уэльса вместе с исследователями из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), Государственного университета Северной Каролины, RMIT, Мельбурнского университета, Технологического университета Квинсленда и Австралийского синхротрона (ANSTO) нашли решение эффективного преобразования углекислого газа в кислород и твёрдый углерод.

В основе опытной установки объёмом два литра лежат физико-химические явления, связанные с пропусканием углекислого газа через галлий. Это так называемый жидкий металл, который начинает плавиться при температуре, близкой к 30 °C. Кроме галлия в жидкой форме и галлия в виде наночастиц в смесь добавляются серебряные стержни нанометровых размеров. В процессе работы смесь интенсивно перемешивается, что вызывает трибоэлектрохимические реакции, когда вещества в жидком состоянии начинают за счёт силы трения активнее взаимодействовать с поверхностями твёрдых наполнителей.

Источник изображения: UNSW

Источник изображения: UNSW

В статье в журнале Advanced Materials, в которой рассказано об исследовании, учёные сообщили, что компактная установка месяц без изменения характеристик преобразовывала 100 мл CO2 каждую минуту. На превращение тонны CO2 в чистый кислород и твёрдый углерод было затрачено 230 кВт·ч электричества, что примерно равно $100. Эффективность преобразования достигла 92 %. Углерод, кстати, образуется в смеси в виде хлопьев и просто всплывает на поверхность, где его очень легко собирать.

Подобными установками, считают учёные, можно оборудовать каждый автомобиль с ДВС и каждую электростанцию на ископаемом топливе и тогда воздух посвежеет буквально на глазах. Для коммерциализации технологии немедленно создали компанию LM Plus. Ждём от неё интересных новостей.

В США синтезировали сложный катализатор для превращения углекислого газа в топливо

Группа учёных из двух американских университетов синтезировала сложный катализатор для превращения углекислого газа в углеводородное топливо. Скорость превращения CO2 оказалась настолько высока, что появился шанс задуматься о коммерческом применении разработки. Более того, подобные вещества раньше никогда не синтезировались, что открывает путь к новым материалам с неизвестными ранее свойствами.

Источник изображения: sakkmesterke/Depositphotos

Источник изображения: sakkmesterke/Depositphotos

Также интересно отметить, что предварительный состав катализатора был получен с помощью специальной компьютерной программы. У исследователей даже не было уверенности, что синтез из предложенных программой пяти металлов и одного халькогенида можно осуществить на практике. И всё же, это удалось сделать. Сплав из молибдена, вольфрама, ванадия, ниобия и тантала вместе с серой в качестве халькогенида, формулу которого нашли исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, синтезировали химики из Университета Иллинойса.

Полученный сплав относится к так называемым дихалькогенидам переходных металлов (TMDC). Это тончайшие слои материала толщиной в единицы атомов. В качестве халькогена к материалу была добавлена сера. Поскольку для катализаторов важна площадь поверхности материала — чем больше, тем лучше, то монослои представляются идеальным решением. В них нет ничего лишнего. Материал работает на все сто процентов.

Источник изображения: Mishra Lab

Источник изображения: Mishra Lab

Проведенные в лаборатории эксперименты показали, что сложный катализатор с высокой скоростью преобразует диоксид углерода в монооксид углерода, представляющий собой горючий газ. Доклад об изобретении представлен в издании Advanced Materials. О планах по коммерциализации разработки пока не заявлено.

Сломать, чтобы улучшить: дефектный графен может заменить платину в батареях и не только

Углерод широко используется в электрохимии. Новый тип углеродных электродов в виде графена обещает намного полнее раскрыть потенциал этого вещества. Датчики, солнечные панели, аккумуляторы ― всё это и многое другое благодаря исследованию свойств графена может стать лучше. Не в последнюю очередь это произойдёт благодаря новым теоретическим изысканиям российских учёных.

Иллюстрация. Дефектный графен. Дизайнер Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ

Иллюстрация. Дефектный графен. Дизайнер Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ

Ученые из МФТИ, Сколтеха и Объединенного института высоких температур РАН теоретически исследовали и подвели фундаментальную научную основу под такое явление, как перенос электрона на поверхности графена с дефектами структуры. Вариантов нарушения упорядоченной структуры графена может быть несколько: одиночная и двойная вакансии, дефект Стоуна-Уэльса, примесный атом азота, -O- и -OH группы. Каждое из изменений оказывает значительное влияние на скорость переноса.

Что это даёт? Как выяснилось и было доказано теоретически, привнесение дефектов в идеальный графеновый лист ведёт к росту плотности электронных состояний на границах раздела графен/раствор. Это катализирует процесс переноса электронов. Рост скорости переноса может достигать 10-кратного значения. Окислительно-восстановительные реакции в присутствии дефектного графена начинают идти намного быстрее.

Идеальный графен

Идеальный графен

Дефектный графен получает шанс стать дешёвым заменителем платиновых или иридиевых катализаторов в топливных элементах и металл-воздушных батареях. Другое возможное применение графена с дефектами ― это электрохимические датчики. В зависимости от типа дефекта, как доказали учёные, перенос электронов можно выборочно ускорить на определенный класс реагентов в растворе. Датчики смогут срабатывать даже на исчезающе небольшое присутствие в воздухе или растворах опасных веществ.

Данные об исследовании были опубликованы в журнале Electrochimica Acta. Осталось дождаться экспериментального подтверждения теоретических выкладок.

Российские учёные предложили способ удешевления автомобильных катализаторов

Сотрудники химического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (МГУ) синтезировали сложное соединение, которое в перспективе поможет снизить стоимость катализаторов, применяемых в транспортной сфере.

Автомобильные каталитические конвертеры предназначены для снижения токсичности отработавших газов. Обеспечивается это за счёт восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов.

Современные каталитические конверторы используют катализаторы сложного состава — трёхмаршрутные. Они содержат в качестве основных компонентов диоксид церия и наночастицы благородных металлов — платины или палладия и родия. Однако у таких решений есть недостатки: это высокая стоимость и неустойчивость металлических частиц к действию высоких температур и различных каталитических ядов.

Решить указанные проблемы возможно путём замены частиц благородных металлов на оксиды переходных металлов, которые могут улучшить собственные каталитические свойства диоксида церия.

Российские исследователи предлагают применять смешанный оксид церия-циркония с добавкой оксида марганца. В зависимости от способа синтеза учёные получили сложные оксиды с различными физико-химическими характеристиками. В частности, разное распределение оксидов марганца изменяет каталитические свойства в реакции окисления моноксида углерода.

В перспективе предложенная технология, возможно, позволит удешевить автомобильные каталитические конвертеры. Подробнее об исследовании можно узнать здесь

В РФ разработан гибридный катализатор для избавления выхлопов от угарного газа

Исследователи НИТУ «МИСиС» создали перспективный гибридный катализатор для окисления угарного газа, содержащегося в автомобильных выхлопах и выбросах промышленных предприятий.

Угарный газ, или монооксид углерода, является одним из наиболее вредных для человека газов. В автомобильных выхлопах он устраняется за счёт каталитических конвертеров, которые окисляют его до нетоксичных соединений. Однако из-за повышения эффективности современных двигателей, которое сопровождается уменьшением температуры выхлопных газов, катализаторы резко теряют эффективность, в результате чего содержание угарного газа в выбросах повышается.

Поэтому исследователям приходится искать новые типы катализаторов, которые могут работать при температурах 150–200 градусов Цельсия. Одно из таких веществ как раз и предложили специалисты из России, проводившие работы совместно с австралийскими коллегами.

Речь идёт о гибридном материале на основе гексагонального нитрида бора и серебряных наночастиц. Такой гибридный катализатор позволяет окислять угарный газ до углекислого при температуре 194 градуса Цельсия. Это значение не является рекордным, но учёные надеются улучшить параметры своей разработки.

«Текущие параметры катализаторов позволяют использовать их уже сейчас, например, для систем очистки вредных выбросов на заводах. В будущем за счёт снижения температуры конверсии угарного газа подобные материалы, вероятно, можно будет применять и для снижения доли монооксида углерода в автомобильных выхлопах», — говорится в сообщении НИТУ «МИСиС». 

В России разработан «вечный» катализатор на основе наноматериалов

Российские учёные из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» отрапортовали о получении уникального катализатора, который в процессе работы не деградирует и не загрязняется. Достижение, в числе прочего, может применяться для дожигания топлива в автомобилях с целью уменьшения выброса вредных веществ в атмосферу.

Изображения «МИСиС»

Изображения «МИСиС»

Специалисты говорят, что создание наноразмерных материалов с заданными свойствами сопровождается рядом сложностей. Большинство методов не позволяют получить конечный материал с требуемыми характеристиками.

Одним из альтернативных способов синтеза наноматериалов является самораспространяющийся высокотемпературный синтез в растворах или «горение растворов». Именно с этой методикой и экспериментируют учёные «МИСиС».

В основе процесса — самоподдерживающаяся экзотермическая реакция (горение) взаимодействия компонентов на основе систем, содержащих окислитель и восстановитель. Химическая реакция интенсивно распространяется в растворе, а по мере её угасания формируются конечные продукты.

Российские учёные поместили в высокопористую среду смесь из нитрата никеля и глицина. После запуска реакции удалось получить новый тип суперстабильного катализатора, который не деградирует. Исследователи называют своё детище «вечным» катализатором на основе наноматериалов.

«Горение растворов открывает широкие возможности для развития современной энергетики. Получаемые нанопористые материалы применяются в новых типах топливных, солнечных элементов, суперконденсаторах и аккумуляторах, а также термоэлектриках», — резюмируют учёные. 

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Выходцы из Activision Blizzard, Ubisoft, Sega, LucasArts и Sierra запустили студию New Tales для разработки и издания игр 7 ч.
Лучше поздно, чем никогда: в GOG началась своя новогодняя распродажа 7 ч.
Видео: знакомство с новой легендой в трейлере к анонсу следующего сезона Apex Legends 7 ч.
В Steam открылся ранний доступ научно-фантастического триллера Hidden Deep 8 ч.
Европарламент одобрил закон, запрещающий сбор некоторых данных для таргетинга рекламы 8 ч.
На Google подали в суд в США за обман пользователей для получения их личных данных 9 ч.
Видео: музыкальный концерт Даны в новом геймплейном ролике Syberia: The World Before 9 ч.
Apple будут штрафовать на 5 млн евро в неделю за препятствия к использованию сторонних платёжных систем в приложениях 10 ч.
Сегодня в оригинальной Dying Light начнётся новое внутриигровое событие — до выхода сиквела меньше двух недель 10 ч.
Microsoft снова принудительно сделала Edge и Bing браузером и поисковиком по умолчанию в Windows 11 10 ч.
«Русклимат» и Toshiba проведут полный перезапуск всех продуктовых линеек в климатическом направлении Toshiba 56 мин.
Meta и NVIDIA построят самый мощный в мире ИИ-суперкомпьютер RSC: 16 тыс. ускорителей A100 и хранилище на 1 Эбайт 2 ч.
Новая статья: Обзор накопителей Crucial P5 Plus и Micron 3400: какими должны быть PCIe 4.0 SSD среднего уровня 3 ч.
Новая статья: Обзор 27-дюймового монитора MSI Modern MD271QP: доступная модель со входом Type-C 5 ч.
Renault, Nissan и Mitsubishi инвестируют $23 млрд в производство электромобилей 5 ч.
Boeing инвестировала $450 млн в разработку аэротакси на электрической тяге 6 ч.
Разработчик систем хранения энергии на сжатом воздухе Hydrostor получил от Goldman Sachs $250 млн инвестиций 6 ч.
Представлен концепт дома на колёсах eStream — он электрический, может ездить без автомобиля, а управлять им можно со смартфона 7 ч.
Samsung готовит среднебюджетный смартфон Galaxy F23 5G с процессором Snapdragon 750G 8 ч.
Сальвадор купил биткоинов на $15 млн на фоне резкого падения курса криптовалюты 9 ч.