For at fange metan-emissioner skaber forskere nanoskal-katalysatorer

Metanopsamling halter bagefter kulstoffangst

Metan er den næststørste drivhusgas og den primære komponent i naturgas. Det holder kun et par årtier i Jordens atmosfære sammenlignet med århundreder for kuldioxid, men metan fanger 80 gange mere varme.

I årtier har forskere kæmpet for at udvikle billige måder at omdanne metan til nyttige produkter uden at producere kuldioxid.

En mulig løsning er tørreformering, en industriel proces, der kan omdanne både metan og kuldioxid til kemiske råmaterialer, som er råmaterialer, som producenter kan bruge til at skabe eller forarbejde andre produkter.

Men tørreformering af metan er ikke kommercielt levedygtig, fordi eksisterende nikkel-baserede katalysatorer holder op med at virke, når deres katalytisk aktive partikler bliver dækket af kulstofaflejringer (koksdannelse) eller kombineres til større, mindre aktive partikler (sintring). De fleste katalysatorer kræver også komplekse produktionsprocedurer.

Teamet bruger en unik flammereaktor

For at overvinde disse problemer brugte holdet en unik flammereaktor udviklet i Swiharts laboratorium, der skaber katalysatorer i ét trin. Denne aerosol-baserede proces gjorde det muligt for forskerne at udforske forskellige, nikkel-baserede katalysatorer, som i dette tilfælde er små sfæriske partikler kaldet nanoskaller.

"Det vigtigste gennembrud er flammeaerosolsyntesemetoden," siger Liu. "Det giver os mulighed for at overvinde traditionelle begrænsninger og skabe ellers utilgængelige materialer med nye egenskaber."

Metoden producerede sine højest ydende katalysatorer ved, hvad forskerholdet kalder en "indkapslet exosolution"-proces, hvor nikkelnanopartikler dannes i porerne i en aluminiumoxidskal i stedet for på dens overflade. Dette fænomen hjælper med at opbygge et mere stabilt materiale, som igen skaber en mere holdbar katalysator.

I eksperimenter rapporterede holdet, at katalysatorerne i løbet af 640 timer ved 800°C forblev effektive ved at omdanne 96% metan og kuldioxid til ønskede produkter. Resultaterne, siger teamet, overgår de konventionelle katalysatorer dramatisk.

Produktionsmetoden foreslår en vej frem, ikke kun til forbedrede katalysatorer, men til andre områder, hvor der er behov for nye materialer. Dette inkluderer lægemiddellevering, sensing og detektion, energilagring og -konvertering og belægninger og overflademodifikatorer, siger Swihart.

Flere oplysninger: Shuo Liu et al., Udfordrende termodynamik:kombination af ikke-blandbare elementer i en enkeltfaset nanokeramik, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45413-w

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af University at Buffalo