Nowe katalizatory zaprojektowane i zbadane przez zespół naukowcówz Tufts University School mogą znacznie zmniejszyć koszt wytwarzania i przetwarzania paliw. Katalizatory opierają się na specjalnej strukturze zbudowanej z pojedynczych atomów złota, tlenu i kilku atomów sodu lub potasu, wspartych na niereaktywnym materiale krzemionkowym. Maja one porównywalną aktywność i stabilność jak katalizatory zawierające nanocząsteczki metali szlachetnych i innych tlenków redukujących, używanych w produkcji wysoko oczyszczonego wodoru.
Prace, zostały opublikowane w czasopiśmie Science Express [1]. Wskazały one na zastosowanie katalizatorów opartych na złocie. Mogłyby one wspomagać wytwarzanie wysokiej klasy wodoru. Znalazłby zastosowanie w ogniwie paliwowym zasilającym np. pojazdy. Ograniczyłoby to jednocześnie emisję szkodliwych spalin i innych toksycznych związków pochodzących z paliw kopalnych.
„W obliczu niedoboru metali szlachetnych oraz wygórowanych kosztów produkcji i przetwarzania paliwa, system ten jest obiecujący w poszukiwaniu trwałych rozwiązań energetycznych,” mówi główna autorka badań, Maria Flytzani-Stephanopoulos – profesor Wydziału Inżynierii Chemicznej i Biologicznej w Tufts.
Celem grupy badawczej było zaprojektowanie katalizatorów wymagających użycia mniejszej ilości cząstek metali szlachetnych. Wytworzony katalizator brał udział w procesie otrzymywania wodoru. Kluczowym etapem tego procesu jest konwersja tlenku węgla z parą wodna, przy czym tlenek węgla usuwany jest ze strumieniem gazu opałowego w reakcji z wodą. Dzięki temu powstaje dwutlenek węgla i wodór. Katalizatory, takie jak tlenki metali szlachetnych (platyna, złoto) stosowane są w celu obniżenia temperatury reakcji i zwiększenia produkcji wodoru. Grupa z Tufts wykazała, że lepsze efekty dają rozproszone atomy złota lub platyny umieszczone na nośnikach, np. z tlenku ceru.
„W produkcji katalizatorów w przyszłości należy unikać zespołów cząsteczek, a zamiast tego stawiać nacisk na dyspersje atomową na różnych nośnikach,” zauważają naukowcy.
Opublikowane badania opisują jak pojedyncze atomy złota rozproszone na niereaktywnych materiałach krzemionkowych można stabilizować jonami metali zasadowych. Tak długo, jak atomy złota są stabilizowane w jednym miejscu, niezależnie od nośnika, będą pracować wiele godzin w zakresie wymaganych temperatur.
Nowy katalizator pozwoli osiągnąć maksymalną wydajność reakcji. Ponadto będzie to kolejne, dodatkowe wykorzystanie złota. Katalizatory badane przez naukowców były stabilne w niezwykle szerokim zakresie temperatur. Były w stanie przeprowadzać reakcję w niskich temperaturach, jak również działały w procesach osiągających 200°C.
Nowa wiedza pozwoli naukowcom na zaprojektowanie katalizatorów za pomocą jak najmniejszej ilości metali szlachetnych, takich jak złoto czy platyna. Dodatkowo znacznie zmniejszą się koszty produkcji paliwa i katalizatorów chemicznych. Całość procesu będzie również bardziej ekologiczna i zadba o nasze środowisko.
- Ming Yang, Sha Li, Yuan Wang, Jeffrey A. Herron, Ye Xu, Lawrence F. Allard, Sungsik Lee, Jun Huang, Manos Mavrikakis, and Maria Flytzani-Stephanopoulos.Catalytically active Au-O(OH)x- species stabilized by alkali ions on zeolites and mesoporous oxides. Science, 27 November 2014 DOI:10.1126/science.1260526
- Y. Zhai, D. Pierre, R. Si, W. Deng, P. Ferrin, A. U. Nilekar, G. Peng, J. A. Herron, D. C. Bell, H. Saltsburg, M. Mavrikakis, M. Flytzani-Stephanopoulos. Alkali-Stabilized Pt-OHx Species Catalyze Low-Temperature Water-Gas Shift Reactions. Science, 2010; 329 (5999): 1633 DOI: 10.1126/science.1192449
- http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141127212348.htm
Opracowała: Angelika Chudzik
Korekta: Karol Madejczyk
