Науковці з Даляньського інституту хімічної фізики Китайської академії наук у співпраці з колегами із Сіаньського університету Цзяотун та Кардіффського університету зробили важливе відкриття в галузі хімічної технології.
Під час дослідження часткового окиснення метану — перспективного промислового методу отримання синтез-газу для виробництва палива та хімікатів — учені виявили приховану атомну структуру, що виникає безпосередньо під час реакції та забезпечує надзвичайно високу каталітичну активність.
Читайте також:
У 425 разів вище норми. Вчені виявили приховане джерело парникового газу в Арктиці Протягом багатьох років у науковій спільноті панувала думка, що головну роль у цій реакції відіграють наночастинки металевого нікелю. Однак китайським дослідникам під керівництвом професорів Тао Чжана, Айцін Ван, Сяоянь Лю, Вей Лю, Тао Яна та Грема Дж. Гатчінга вдалося спростувати це уявлення. За допомогою спеціального мікроемульсійного методу вони створили каталізатор із низьким вмістом нікелю (лише 0,8 масового відсотка), який продемонстрував вражаючу ефективність.
Новий матеріал забезпечив перетворення 92% метану з високою селективністю щодо утворення монооксиду вуглецю та водню (87,0%) і стабільним молярним співвідношенням 2,0.
Аналіз показав, що після завершення процесу металевий нікель у каталізаторі був практично відсутній. Попри те, що вміст активного металу був у десять разів меншим, ніж у стандартних промислових аналогах, ефективність нового матеріалу виявилася співмірною.
Завдяки методам дослідження безпосередньо під час реакції (in situ) та теоретичним розрахункам учені з’ясували, що на поверхні оксиду нікелю динамічно формується унікальна перебудована атомна структура [Ni1O4Ni4]. Вона суттєво полегшує розрив хімічних зв’язків між вуглецем і воднем у молекулі метану. Енергетичний бар'єр активації для цієї нової структури становив лише 52,3 кілоджоуля на моль (12,5 кілокалорії на моль), що значно нижче порівняно зі звичайною поверхнею оксиду нікелю або металевого нікелю.
Це відкриття доводить, що каталітична активність виникає завдяки динамічній атомній перебудові матеріалу в умовах реакції. Отримані результати відкривають широкі можливості для розробки високоефективних та економічних каталізаторів, дозволяючи суттєво зменшити використання дорогих металів у промисловості.
Читайте також:
Науковці шоковані. Потужне виверження вулкану знищило метан у повітрі
