Nanoshell-katalysatorer gør drivhusgasser til nyttige kemikalier

Et biprodukt af deponering, husdyrbrug, kulminedrift og andre menneskelige aktiviteter, metan-emissioner er en af ​​de vigtigste drivkræfter bag klimaændringer.

Alligevel har videnskabsmænd i årtier kæmpet for at udvikle billige måder at udnytte metan på – som er den primære komponent i naturgas – uden også at producere kuldioxid, den mest udbredte drivhusgas i Jordens atmosfære.

Blandt de mulige løsninger er tørreformering, en proces, der har potentialet til at omdanne både metan og kuldioxid til kemiske råmaterialer, som er råmaterialer, der kan bruges til at fremstille eller forarbejde andre produkter.

Men for at tørreformering kan blive kommercielt levedygtig, er der brug for nye og forbedrede katalysatorer.

I to University at Buffalo-ledede undersøgelser offentliggjort i juni – en i Chem Catalysis , den anden i Angewandte Chemie — Forskere rapporterer om en ny produktionsmetode til at skabe nikkelbaserede katalysatorer, der kan overvinde langvarige udfordringer.

"For at opfylde målene i Paris-aftalen, for at nå CO2-neutralitet, må vi implementere mange ændringer i både energiproduktion og produktion af kemiske råvarer," siger undersøgelsens hovedforfatter Mark Swihart, Ph.D., SUNY Distinguished Professor og formand. af Institut for Kemi- og Biologisk Teknik på UB School of Engineering and Applied Sciences.

Shuo Liu, en ph.d. kandidat i Swiharts laboratorium, er førsteforfatter til undersøgelserne.

Medforfattere med UB-bånd omfatter Satyarit Rao, Mihir Shah, Jilun Wei, Kaiwen Chen og Zhengxi Xuan; samt Eleni A. Kyriakidou, Ph.D., assisterende professor i kemi og biologisk ingeniørvidenskab ved UB, og Junjie Chen, Ph.D., en postdoktor ved Stanford University, som modtog en Ph.D. i Kyriakidous laboratorium.

Andre medforfattere omfatter Jeffery J. Urban, Ph.D., direktør for Inorganic Nanostructures Facility ved Molecular Foundry af Lawrence Berkeley National Lab, og Chaochao Dun, Ph.D., en postdoktor ved Urbans laboratorium.

Swihart forklarer, at tørreformering af metan ikke er kommercielt levedygtig ved at bruge eksisterende nikkel-baserede katalysatorer, som holder op med at fungere, fordi deres katalytisk aktive partikler bliver dækket af kulstofaflejringer (koksdannelse) eller kombineres til større, mindre aktive partikler (sintring). De mest lovende katalysatorer kræver også komplekse produktionsprocedurer.

For at afhjælpe dette problem udviklede forskerholdet en et-trins aerosolproces til fremstilling af billige og højtydende katalysatorer. Processen er baseret på en unik flammereaktor udviklet i Swiharts laboratorium.

Holdet brugte reaktoren til at skabe små sfæriske partikler kaldet nanoskaller, der modstår både forkoksning og sintring.

I Chem Catalysis undersøgelse rapporterede holdet, at katalysatorerne i løbet af 500 timer forblev effektive og omdannede 98 % af metan til syntetisk gas eller syngas, som er en blanding af brint og kulilte, der efterfølgende kan bruges til at producere en række forskellige kemiske produkter.

I en anden undersøgelse brugte holdet reaktoren til at producere et nyt mesoporøst silicamateriale, der har et overfladeareal, der overstiger 1.000 kvadratmeter pr. gram. Holdet skabte også en metode til at afsætte nikkel eller andre nanopartikler i den mesoporøse silica - proces kendt som in-situ aflejring.

Som rapporteret i Angewandte Chemie , omdannede den mesoporøse silicakatalysator 97 % metan i over 200 timer.

Dette fremskridt, siger Swihart, giver ikke kun en vej til forbedrede katalysatorer til tørreformering af metan, men til mange andre miljømæssigt og økonomisk gavnlige reaktioner. + Udforsk yderligere

Ny katalysator forvandler drivhusgasser til brintgas