Bornitrid og sølv nanopartikler for at hjælpe med at slippe af med kulilte-emissioner

Russiske kemikere fra NUST MISIS har udviklet en ny hybridkatalysator til kulilteoxidation bestående af sekskantet bornitrid og sølvnanopartikler. Dette materiale gør det muligt at opnå en fuld omdannelse af kulilte ved kun 194 grader Celsius. Som anført i Journal of Catalysis , denne temperatur er ikke i nærheden af ​​processens rekordtemperaturer, men i fremtiden, kemikere kan reducere katalysetemperaturen mere ved at øge koncentrationen af ​​sølv i hybridmaterialet.

Kulilte (kuloxid) er en af ​​de mest skadelige gasser for mennesker, men gassen er overalt, da den frigives gennem bilmotorens udstødning. Katalysatorer, som oxiderer gassen til ugiftig nitrogendioxid gennem katalytiske reaktioner, bruges typisk til at komme af med bilers kulilteudstødning. Imidlertid, på grund af stigningen i effektiviteten af ​​moderne motorer og et fald i temperaturen af ​​udstødningsgasserne, katalysatorer har dramatisk mistet effektivitet og som følge heraf kulilteindholdet er steget i dem.

For at bekæmpe denne effekt, kemikere leder aktivt efter nye typer katalysatorer til CO-oxidation, der kan arbejde ved relativt lave temperaturer - omkring 150-200 grader Celsius. Amerikanske forskere har for nylig udviklet en katalysator til carbonmonoxidoxidation af individuelle platinatomer fordelt over overfladen af ​​ceriumoxid. Nogle materialer har gjort det muligt for forskere at oxidere CO med en lavere omdannelseshastighed ved temperaturer under 100 grader.

En gruppe kemikere fra Rusland og Australien ledet af NUST MISIS's professor Dmitri V. Golberg har opdaget en ny effektiv katalysator, der kan bruges til at omdanne kulilte. Forskere havde tidligere vist, at hybridmaterialer baseret på sekskantet bornitrid og sølvnanopartikler er lovende til dette formål. Lignende materialer, hvor bornitrid tjente som en bærermatrix for metalnanopartikler af katalysatoren, er også blevet foreslået, herunder til carbonmonoxidoxidation, men guld og platin blev tidligere anset for at være de bedste metaller til at lede oxidation.

Det viser sig, at hybridmaterialer med billigere sølvnanopartikler også er en meget effektiv katalysator. For at opnå disse sølv nanopartikler, forskere brugte nedbrydningsreaktionen af ​​sølvnitrat under påvirkning af ultraviolet lys i en opløsning af polyethylenglycol. Denne tilgang gør det muligt for forskere at opnå monodisperse sølvpartikler på op til 10 nanometer i størrelse, som er ensartet aflejret på overfladen af ​​lagdelt bornitrid og på polymermatrixen af ​​polyethylenglycol.

Materialer med den maksimale koncentration af sølv nanopartikler, hvilket udgjorde omkring 1,4 vægtprocent, viste sig at være den mest effektive. En sådan hybridkatalysator gør det muligt at oxidere carbonmonoxid til carbondioxid ved en temperatur på kun 194 grader Celsius. Dette tal er stadig langt fra rekordværdier, men ifølge forskerne, i fremtiden kan temperaturen af ​​katalysatorens arbejde reduceres yderligere ved at øge koncentrationen af ​​sølvnanopartikler, og især, ved at omdanne dem fra polymermatrixen til bornitrid.

Imidlertid, videnskabsmænd bemærker, at de nuværende parametre for katalysatoren kun gør det muligt at bruge dem til at rense ting som fabrikker, der udleder skadelige emissioner. I fremtiden, ved at reducere temperaturen af ​​kulilteomdannelsen, disse materialer kan også bruges til at reducere forholdet mellem kulilte i køretøjets emissioner.

Udviklingen af ​​katalysatorer til oxidation af kulilte til kuldioxid er relevant for rensning af skadelige emissioner såvel som katalysatorer til andre gasreaktioner - såsom dem til at håndtere nedbrydning af metan eller for at reducere kuldioxid til kulbrinter. Forskere over hele kloden udvikler disse katalysatorer til at løse en række teknologiske og økologiske problemer.