Elementele care alcătuiesc catalizatorul nanoparticulelor cu oxid de metal. Credit: Zhennan Huang
Scăderea temperaturii de ardere pentru metan
Gazul natural este cea mai curată sursă tradițională de combustibil fosil, deoarece produce cantități relativ mici de poluanți, cum ar fi dioxidul de carbon – un puternic gaz cu efect de seră și un factor major al schimbărilor climatice. Dar gazele cu efect de seră și poluanții eliberați prin arderea gazelor naturale pot fi reduse în continuare cu ajutorul unor catalizatori avansați care ajută la scăderea temperaturii la care arde metanul – cea mai mare componentă a gazului natural.
„Cu cât ardem mai eficient metanul și cu cât consumăm mai puțină energie pentru a-l arde, cu atât produce mai puține gaze cu efect de seră și poluanți. Deci, tot ce putem face pentru a reduce această temperatură de ardere este o victorie pentru mediu “, a declarat Reza Shahbazian-Yassar, profesor de inginerie mecanică și industrială la Universitatea din Illinois din Chicago.
Shahbazian-Yassar și colegii săi au facilitat dezvoltarea unui catalizator de tăiere „Swiss Army Knife” format din 10 elemente diferite – fiecare cu capacitatea sa de a reduce temperatura de ardere a metanului – plus oxigenul. Acest catalizator unic poate reduce temperatura de ardere a metanului cu aproximativ jumătate – de la peste 1400 grade Kelvin până la 600 până la 700 grade Kelvin.
Descoperirile lor sunt raportate în jurnal Cataliza naturii.
Reza Shahbazian-Yassar, profesor de inginerie mecanică și industrială la Colegiul de Inginerie UIC și Zhennan Huang, un doctorat. student în laboratorul Shahbazian-Yassar și primul co-autor al lucrării. Credit: Jenny Fontaine / UIC
În cercetările publicate anterior, Shahbazian-Yassar și colegii săi au demonstrat capacitatea de a crea catalizatori cu nano-particule multi-elemente, cunoscuți ca legături de entropie ridicată folosind o tehnică unică de unde de șoc. Înainte de aceasta, oamenii de știință din materiale nu au făcut niciun efort serios pentru a crea nano-particule din mai mult de trei elemente din cauza tendinței atomilor fiecărui element de a se separa unul de altul și de a deveni inutili.
Profitând de sistemul unic de microscopie electronică de înaltă temperatură și temperatură ridicată de la UIC, echipa Shahbazian-Yassar a arătat că nanoparticulele cu entropie ridicată formate din 10 oxizi metalici erau foarte stabile la temperaturi de până la 1.073 grade Kelvin și elementele indivizii au fost distribuiți uniform de-a lungul fiecărei nano particule formând o structură cristalină stabilă în stare solidă.
Oxidul lor metalic aliaj conținea diverse amestecuri de metale de tranziție, care sunt elemente de pământuri rare și metale nobile plus oxigen.
„Aproape că este aproape imposibil să se mențină un amestec perfect al acestor elemente într-o fază solidă datorită modificărilor razei atomice, a structurii cristaline, a potențialului de oxidare și a proprietăților electronice ale elementelor”, a spus Zhennan Huang, un doctorat. student în laboratorul lui Shahbazian-Yassar și primul co-autor al lucrării. “Dar am putut arăta că acest lucru este posibil.”
“Printre numeroasele legături multi-element pe care le-am creat, particulele formate din 10 elemente au fost nu numai mai eficiente în reducerea punctului de ardere a gazului metan, ci și mai stabile la aceste temperaturi”, a spus Shahbazian-Yassar. cine este autorul corespondent pe hârtie.
Cercetătorii consideră că catalizatorul ar putea fi utilizat pentru a reduce producția de gaze cu efect de seră dăunătoare produse prin arderea gazelor naturale în gospodăriile individuale, pentru a furniza turbine și chiar pentru mașinile care funcționează cu gaz natural comprimat.
Referință: „Nanoparticulele de oxid de denar ca un catalizator foarte stabil pentru arderea metanului” de Tangyuan Li, Yonggang Yao, Zhennan Huang, Pengfei Xie, Zhenyu Liu, Menghao Yang, Jinlong Gao, Kaizhu Zeng, Alexandra H. Pastrozena, G , Miaolun Jiao, Qi Dong, Jiaqi Dai, Shuke Li, Han Zong, Miaofang Chi, Jian Luo, Yifei Mo, Guofeng Wang, Chao Wang, Reza Shahbazian-Yassar și Liangbing Hu, 11 ianuarie 2021, Cataliza naturii.
DOI: 10.1038 / s41929-020-00554-1
Tangyuan Li, Yonggang Yao, Menghao Yang, Jinglong Gao, Alexandra Brozena, Liangbing Hu, Yifei Mo, Glenn Pastel, Miaolun Jiao, Qi Dong, Jiaqi Dai și Shuke Li de la Universitatea din Maryland; Pengfei Xie, Kaizhu Zeng, Han Zong și Chao Wang de la Universitatea Johns Hopkins; Zhenyu Liu și Guofeng Wang de la Universitatea din Pittsburgh; Miaofang Chi de la Oak Ridge National Laboratory și Jian Luo de la Universitatea din California, San Diego sunt coautori ai acestei lucrări.