Кобальт

Команда из Нанкинского университета, Хубэйского педагогического университета и Чжэцзянского университета разработала графдииновый катализатор, легированный кобальтом, для каталитического разложения аммиака (NH3) с образованием H2. Композитный катализатор существенно повышает реакционную способность и стабильность разложения аммиака.

В статье в журнале Fuel исследователи сообщают, что графдииновый катализатор, легированный кобальтом, достиг почти полного разложения аммиака при 550 ˚C, а скорость конверсии оставалась стабильной в течение 18 часов непрерывной реакции.

Лю и др.

Графдийн (GDY) — это новый двумерный (2D) аллотроп углерода, похожий на графен. Однако, в то время как графен представляет собой один слой атомов углерода, расположенных в двумерной сотовой решетке, графдиин состоит из атомов углерода sp2 и sp (sp и sp2 относятся к состоянию гибридизации атомов углерода в молекулах), образуя уникальную структуру с большое количество пор, что придает ему большую площадь поверхности, что полезно для хранения энергии и катализа.

Аммиак по своей природе является переносчиком водорода высокой плотности. Хотя катализаторы из благородных металлов, таких как рутений, демонстрируют превосходные каталитические характеристики при разложении аммиака, то есть при выделении водорода, их высокая стоимость является проблемой для широкого применения, отмечают авторы.

И наоборот, доступны недорогие металлические катализаторы, но они демонстрируют неоптимальные каталитические эффекты. Катализаторы на основе углерода способствуют межфазному переносу электронов, повышая потенциалы адсорбции и диссоциации адсорбата NHx на границе раздела. Однако серьезной проблемой стало то, как повысить каталитическую активность недрагоценных металлов и композитных катализаторов на основе углерода, снизить температуру реакции и получить фундаментальное понимание новых двумерных катализаторов.

Многочисленные исследования были посвящены открытию и расширению использования новых каталитических материалов, с особым акцентом на графдийне. Графдийн — это новый двумерный углеродный материал, который демонстрирует высокий потенциал каталитического разложения NH3, как показали теоретические исследования. Неравномерное распределение поверхностного заряда графдиина обеспечивает достаточное количество активных центров для каталитических реакций. Обычно графдиин, связанный с атомами металла, используется в качестве катализатора термохимических реакций. Однако эффект взаимодействия нагрузки кобальта с графдиином в термических реакциях, особенно при разложении аммиака, еще не изучен широко.

В этой работе мы фокусируемся на загрузке наночастиц неблагородных металлов на графдиин, чтобы исследовать каталитические взаимодействия между двумерными углеродными материалами и переходными металлами. В этом исследовании мы обнаружили, что высокая эффективность различных переходных металлов, загруженных на графдиин во время разложения аммиака, может быть связана с дисперсностью частиц, восстанавливаемостью металлов и элементным составом катализатора.

Для исследования команда синтезировала серию листов графдиина с совместной загрузкой, используя простой метод влажного соосаждения.

Расчеты DFT показали, что стадией, определяющей скорость в кинетике реакции, является дегидрирование частиц NHx, а не рекомбинация азота, как это традиционно понимают.

Наше исследование подчеркивает огромный потенциал графдииновых катализаторов, легированных металлами, для легкого производства водорода путем разложения NH3, что обеспечивает безопасное и масштабируемое использование водорода.

Ресурсы

Лишань Лю, Фэн Гун, Юньлун Се, Сидзюнь Ван, Ю Цю, Чжихуа Ван, Руй Сяо (2023) «Высокоэффективное производство водорода в результате разложения аммиака на графдиине, легированном кобальтом, при умеренной температуре», Топливо, том 354, doi: 10.1016/ j.fuel.2023.129320

Синь Гао, Хуибяо Лю, Дэн Ван и Цзинь Чжан (2019) «Графдий: синтез, свойства и применение» Обзоры химического общества doi: 10.1039/C8CS00773J

Опубликовано 6 августа 2023 г. в рубрике: Аммиак, Катализаторы, Водород, Производство водорода, Хранение водорода, Обзор рынка | Постоянная ссылка | Комментарии (0)