Исследователи из университета Пенсильвании, вместе с коллегами из Италии и Испании, создали материал, который улучшает горение метана в 30 раз лучше, чем существующие катализаторы. Это изобретение открывает путь для более полного использования энергии из метана и сократит выбросы этого парникового газа (в 20 раз более сильного , чем диоксид углерода) от автомобилей, работающих на природном газе. Катализатор также может получить энергию более чистым и дешевым способом из каталитического сжигания в газовых турбинах. "Трудно придумать материалы, которые являются достаточно активными и достаточно стабильными, чтобы выдержать суровые условия сгорания метана ", говорит Рэймонд Дж. Джорте. "Наши материалы выглядят перспективными для многих отраслей промышленности».
Катализаторы представляют собой материалы, которые ускоряют химическую реакцию. Каталитический нейтрализатор автомобиля, например, превращает выхлопные газы в безопасные продукты. Катализаторы, что в сейчас применяются для сжигания метана, не полностью сжигают метан, остаток которого улетучивается в атмосферу и вносит свой вклад в изменение климата. Кроме того, эти обычные катализаторы могут потребовать высокой температуры 600-700 градусов по Цельсию, чтобы началась реакция. При этом, катализаторы сами часто теряют свою эффективность или не работают при воздействии высоких температур. Дополнительный вред окружающей среде может привести, когда метан используется для выработки энергии в газовых турбинах. В этом процессе, метан, как правило, сжигают при очень высоких температурах, превышающих 800 градусов С. При этих температурах возрастет до 1300 ° С или выше, реакции могут производить вредные побочные продукты, в том числе оксидов азота, оксидов серы и окиси углерода. Обычные катализаторы горения метана состоит из металлических наночастиц, в частности, палладия (Pd), нанесенных на оксиды, такие как оксид церия (CeO2). Но исследователи пошли другим путем.
Сначала они получили частицы палладия - всего 1,8 нанометра в диаметре - а затем окружили их с защитной пористой оболочкой из оксида церия, создав сферические структуры с металлическими сердечниками. Из-за того, что мелкие частицы, как правило, слипаются при нагревании, это снижает активность катализатора, а гидрофобная поверхность, состоящая из оксида алюминия, нужна, чтобы они были равномерно распределены. "Эти методы широко распространены в нанотехнологическом сообществе, но я думаю, что это новый подход в создании катализаторов материалов", сказал Джорте. Тестирование активности материала, исследователи обнаружили, что их ядро-оболочка наноструктуры выполнены в 30 раз лучше, чем лучшие катализаторы горения метана в настоящее время, используя то же количество металла. Метан полностью сгорел при 400 °С. "Это можно представить себе этот катализатор способствует борьбе с загрязнением от автомобильных выхлопных газов и даже повышения эффективности газовых турбин," говорит Карнелло. Исследователи планируют продолжить изучение структуры новых катализаторов, чтобы лучше понять, почему она так хорошо работает, используя подобные методы для создания новых материалов для тестирования.
|
