Поддерживаемые жидкометаллические катализаторы — новое поколение ускорителей реакций: инженеры-химики, химики и физики разрабатывают принципиально новую концепцию материалов для использования в катализе

В этом новом поколении катализаторов используются жидкие капли металлического сплава, прикрепленные к пористым носителям, которые контактируют с газообразными реагентами. Микроскопически маленькие капли сплава являются жидкими, потому что они содержат высокую долю галлия, элемента с очень низкой температурой плавления. В то же время эта высокая концентрация галлия обеспечивает тщательное диспергирование атомов растворенных вторичных металлических компонентов: отдельные атомы металла в растворе внутри галлия несут ответственность за каталитический эффект. Исследователи опубликовали свои выводы в ведущем специализированном журнале Nature Chemistry.

Поддерживаемые жидкие катализаторыЗа последнее десятилетие исследователи FAU неоднократно демонстрировали свое международное превосходство в области инновационных материалов для катализаторов. Следовательно, каталитические материалы являются ключевой областью исследований в кластере передового опыта в области разработки перспективных материалов (EAM) в FAU. Жидкие катализаторы на носителе часто привлекали внимание исследователей из FAU.

Они сочетают в себе преимущества индивидуальных ускорителей молекулярных реакций с тем преимуществом, что их легче отделять от продукта. В концепции, изложенной в статье, опубликованной в Nature Chemistry, впервые описывается использование металлических сплавов в нанесенных жидких катализаторах. Кроме того, жидким металлическим сплавам впервые приписывают каталитическую активность.

Более того, было обнаружено, что первоначально испытанные комбинации материалов значительно превосходят стандартные технические катализаторы, на разработку которых ушли годы. «Особенно интересно то, что когда на них образуются углеродные отложения, практически отсутствует дезактивация нанесенных комплексов металлов», — говорит профессор Питер Вассершайд. «Именно такие отложения являются основной причиной дезактивации катализаторов, используемых для каталитической конверсии при высоких температурах в нефтехимической промышленности». Исследователи смогли продемонстрировать этот важный эффект в случае обезвоживания бутана.

Особая структурная природа этого нового класса материалов была обнаружена четырьмя группами, работающими в сотрудничестве: микроскопический анализ был проведен командой под руководством Вольфганга Пойкера, команды Ханса-Петера Штайнрука и Кристиана Паппа завершили спектрографический анализ, команда Райнера Хока была ответственна за для радиографического анализа, а соответствующие расчеты были выполнены Андреасом Горлингом и его коллегами.Галлий: секрет успеха

Элемент галлий играет центральную роль в этом новом классе материалов. Галлий плавится при температуре около 30 ° C и имеет температуру кипения 2400 ° C. Он обладает уникальной способностью растворять почти все другие металлы.

Когда он подвергается воздействию воздуха, на поверхности галлия образуются ультратонкие слои оксида; однако они снова превращаются в исходный элемент в условиях, полученных во время многих каталитических процессов. На сегодняшний день исследователи из FAU достигли впечатляющих результатов, используя палладий, растворенный в галлии. Затем они намерены провести дальнейшие исследования, чтобы выяснить, можно ли получить эти необычные эффекты, используя недрагоценные металлы, растворенные в галлии, а также можно ли воспроизвести эти эффекты в связи с другими химическими реакциями. «Наши расчеты приводят нас к предположению, что отдельные атомы металла, растворенные в галлии, могут проявлять совершенно отличные реакционные характеристики от тех, которые обычно демонстрирует тот же металл в кристаллической форме», — объясняет Андреас Горлинг. «Вот почему мы так очарованы этим новым классом каталитических материалов.

Мы убеждены, что с помощью комплексов сплавов на носителе можно разработать высокоэффективные и очень экономичные катализаторы, которые имеют значительный потенциал для промышленного применения », — добавляет Ханс-Петер Штайнрук.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *