En schweizisk hærkniv-katalysator kan gøre naturgasforbrændingen renere

Reza Shahbazian-Yassar, professor i maskin- og industriteknik ved University of Illinois, Chicago.

Shahbazian-Yassar og kolleger har faciliteret udviklingen af ​​en banebrydende "schweizerkniv"-katalysator bestående af 10 forskellige elementer - som hver for sig har evnen til at reducere forbrændingstemperaturen af ​​metan - plus ilt. Denne unikke katalysator kan bringe forbrændingstemperaturen af ​​metan ned med omkring det halve - fra over 1400 grader Kelvin ned til 600 til 700 grader Kelvin.

Deres resultater er rapporteret i tidsskriftet Naturkatalyse .

I tidligere offentliggjort forskning, Shahbazian-Yassar og kolleger demonstrerede evnen til at skabe multi-element nanopartikelkatalysatorer, kendt som højentropi-legeringer ved hjælp af en unik chokbølgeteknik. Før dette, materialeforskere gjorde ikke seriøse forsøg på at skabe nanopartikler ud af mere end tre elementer på grund af tendensen hos hvert elements atomer til at adskille sig fra hinanden og blive ubrugelige.

Udnyt den unikke realtid, højtemperatur elektronmikroskopisystem ved UIC, Shahbazian-Yassars team viste, at nanopartikler med høj entropi bestående af 10 metaloxider var meget stabile ved temperaturer op til 1, 073 grader Kelvin og de individuelle elementer blev fordelt jævnt over hver nanopartikel og dannede en enkelt, solid-state stabil krystallinsk struktur.

Deres metaloxidlegering indeholdt forskellige blandinger af overgangsmetaller, som er sjældne jordarters grundstoffer, og ædelmetaller plus ilt.

"Det er næsten umuligt at opretholde en perfekt blanding af disse elementer i en fast fase på grund af forskellene i atomradius, krystal struktur, oxidationspotentiale, og elementernes elektroniske egenskaber, " sagde Zhennan Huang, en ph.d. studerende i Shahbazian-Yassars laboratorium og co-første forfatter i papiret. "Men vi var i stand til at vise, at det er muligt."

"Blandt flere legeringer med flere elementer, som vi har skabt, partiklerne lavet af 10 grundstoffer var ikke kun mest effektive til at reducere forbrændingspunktet for metangas, men også de mest stabile ved disse temperaturer, " sagde Shahbazian-Yassar, som er en tilsvarende forfatter på papiret.

Forskerne mener, at katalysatoren kan bruges til at reducere produktionen af ​​skadelige drivhusgasser produceret ved afbrænding af naturgas i individuelle husholdninger, til at drive turbiner og endda i biler, der kører på komprimeret naturgas.