Инженеры из Университета Райса создали свет-работает наночастиц, которые могли бы уменьшить углеродный след крупного сегмента химической промышленности.
Частицы, крошечные сферы из меди, усеянной одиночными атомами рутения, является ключевым компонентом в зеленом процесс для производства синтез-газа или синтез-газа, и ценным химическим сырьем, которое используется для топлива, удобрения и многие другие продукты. Исследователи из риса, Лос-Анджелесе и Университета Калифорнии в Санта-Барбаре (УСБ), опишите низкой энергии, низкая-температуры синтез-газа производственный процесс на этой неделе в природе энергии.
«Синтез-газ может быть сделано многими способами, но один из тех, метан сухая реформирования, становится все более важным, поскольку химикаты метана и углекислого газа, два мощных и проблематично парниковых газов», — сказал Райс химик и инженер Наоми Халас, со-автор на бумаге.
Синтез-газ представляет собой смесь моноксида углерода и водорода, которые могут быть сделаны из угля, биомассы, природного газа и других источников. Его производят сотни заводов по газификации во всем мире и используется для производства топлива и химических продуктов на сумму более 46 миллиардов долларов в год, говорится в 2017 анализа исследований ОЦК.
Катализаторы, материалы, которые стимулируют реакции от других химических веществ, имеют решающее значение для газификации. Заводы по газификации, как правило, используют пара и катализаторов для разбиения углеводородов. Атомы водорода в паре в форме газообразного водорода, и атомы углерода соединяются с кислородом в виде окиси углерода. В сухом реформирования, атомы кислорода поступают из углекислого газа, а не пара. Но сухой реформирования не был привлекателен для индустрии, потому что она, как правило, требует еще более высоких температур и больше энергии, чем пара методов, сказал первый автор исследования Чжоу Линан, докторской исследователь в лаборатории Райса для нанофотоники (LANP).
Халас, который руководит LANP, работал в течение многих лет, чтобы создать свет-активированных наночастиц, которые вводят энергию в химические реакции с хирургической точностью. В 2011 году ее команда показали, что это может увеличить объем недолго, высокоэнергетические электроны называют «горячими носителями», которые создаются, когда свет падает на металл, а в 2016 году они открыли первый из нескольких «антенна» реакторов, которые используют горячими носителями гнать катализа.
Один из них, медь и рутений антенны реакторов для производства водорода из аммиака, был предметом научно бумаги 2018 по Халас, Чжоу и его коллеги. Чжоу сказал сингаза катализатора используется подобная конструкция. В каждой из них, медной сферой около 5-10 нанометров в диаметре усеяна рутений острова. Для катализаторов аммиак, каждый остров содержит несколько десятков атомов рутения, но Чжоу пришлось сжать их в один атом для сухого катализатора риформинга.
«Высокая эффективность имеет важное значение для этой реакции, но стабильность-это еще важнее», — сказал Чжоу. «Если вы скажете человеку в индустрии, что вы по-настоящему эффективным катализатором они намерены спросить, как долго это может длиться?'»
Чжоу сказал вопрос важен для производителей, поскольку большинство катализаторов газификации склонны к «закоксовыванию» нарастание поверхности углерода, что в конечном итоге делает их бесполезными.
«Они не могут менять катализатор каждый день», — сказал Чжоу. «Они хотят чего-то, что может длиться».
Изоляция активных рутений сайты, где углерода отделяется от водорода, Чжоу уменьшало шансы атомов углерода реагируют друг с другом в виде кокса и увеличили вероятность их реакции с кислородом, образуя окись углерода.
«Но один-атом островов недостаточно», — сказал он. «Для стабильности, необходимо как одиночные атомы и горячих электронов.»
Чжоу сказал команде экспериментальные и теоретические исследования указывают на горячий носителями вождения водорода от поверхности реактора.
«Когда водород быстро выходит на поверхность, это более вероятно, чтобы сформировать молекулярный водород», — сказал он. «Он также уменьшает возможность реакции между водородом и кислородом, и оставляет кислород реагирует с углеродом. Вот как вы можете управлять с помощью горячих электронов, чтобы убедиться, что он не образует кокса».
Сказал Халас исследование может проложить путь «к устойчивому, свет, действие низких температур, метан-реакции риформинга для производства водорода до востребования».
«Помимо синтез-газа, один-атом, антенны-конструкции реакторов могут быть полезны при проектировании энергосберегающих катализаторов для других приложений», — сказала она.
Технология была лицензирована Сизигия Плазмоника, Хьюстон-стартап, чьи основатели включают Халас и соавтор исследования Питер Нордландер.
Халас Стэнли С. профессор Райс Мур электрической и компьютерной инженерии и профессор химии, биоинженерии, физики и астрономии, материаловедения и наноинженерии. Нордландер является председателем Wiess и профессор физики и астрономии, профессор электротехники и вычислительной техники, материаловедения и наноинженерии.
Дополнительные соавторы включают Чао Чжан, Дейн давно, Шу-Тян, Хоссейн Робатжази, Minhan Лу, Liangliang Донг и Луки Хендерсон, все риса; Иоанн Марк Martirez и Эмили Картер, оба из Калифорнийского университета; и Иордании Finzel и Филипп Христофор УСБ.
Исследование было поддержано Фондом Уэлш, ВВС Управления научных исследований (FA9550-15-1-0022) и Министерство обороны.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!