Результати роботи опубліковані в журналі Nanomaterials. При згорянні водню не утворюються парникові гази, а паливні елементи, що працюють на його основі, генерують електрику з дуже високим ККД, і тому водень вважають дуже перспективним паливом.
Його сучасне промислове виробництво засноване на спільній конверсії природного газу разом з водяною парою, що проводиться при 1000 градусів Цельсія, але більш екологічний спосіб - це углекислотная конверсія метану, сировиною в якій працюють відразу два парникових газу - СН4 і СО2. На жаль, каталізатори парової конверсії в цьому процесі дезактивируются і руйнуються, а використання універсальних каталізаторів на основі металів платинової групи (Pt, Pd, Rh) теж неможливо з цілого ряду причин.
Перспективний кандидат для каталізаторів углекислотной конверсії метану - це карбід молібдену (Mo2C). Його каталітична активність в реакціях за участю легких вуглеводнів порівнянна з платиною, а ціна набагато нижче. Крім того, карбід молібдену стійкий до поширених каталітичним отрут - вуглецевим відкладенням і серосодержащим з'єднанням, що робить каталізатори на його основі стійкими при тривалій роботі. Однак карбід молібдену не поширений в природі і може бути отриманий тільки синтетичним шляхом.
У традиційному металургійному методі його синтезують за рахунок тривалої температурної обробки металу та вуглецю, що призводить до великих енерговитрат. Інший поширений спосіб - це терморегуліруемое відновлення оксидів молібдену сумішшю вуглеводневих газів з H2 або ароматичними з'єднанням.
На цей метод потрібно менше енергії, але він вимагає підвищених заходів безпеки через використання вибухонебезпечних газів. Крім того, в обох способах на поверхні карбіду молібдену утворюється вуглецева плівка, яка блокує частину каталітично активних центрів і тим знижує ефективність використання матеріалу. Тому вчені шукають інші способи його синтезу.
У РХТУ карбід молібдену пропонують отримувати за допомогою методу жидкофазного синтезу з молібденових синьою (так називають дисперсії кластерних сполук молібдену і кисню). У роботі вчені проводили синтез Mo2C в кілька стадій. Спочатку вони отримали самі молібденові сині за рахунок відновлення розчину гептамолібдата амонію аскорбіновою кислотою в присутності соляної кислоти.
А потім молібденові сині висушили і термічно розклали при температурі 750-800 градусів Цельсія, в результаті чого утворився карбід молібдену. «Основною відмінністю робіт, що проводяться нашою науковою групою, є комплексний підхід, - зазначає один з авторів роботи, доцент кафедри колоїдної хімії РХТУ, Наталя Гаврилова.
- Фактично ми займаємося не просто синтезом високодисперсних частинок, а вивчаємо кожну стадію отримання каталітичних систем, що дозволяє, встановивши основні фундаментальні закономірності, синтезувати продукт із заданими властивостями - тобто карбід молібдену з високою каталітичної активністю ».
У роботі дослідники змінювали співвідношення молибденсодержащих речовини і відновника на першій стадії синтезу і вивчали структуру як виходять молібденових синьої, так і самого карбіду молібдену, синтезованого потім з барвника. Каталітичну активність Mo2C оцінювали, проводячи реакцію конверсії метану CH4 (основний компонент природного газу) і CO2 в газоподібну суміш H2, CO і H2O, тобто синтез-газ.
Було показано, що вже при температурі 850 градусів Цельсія ступінь конверсії метану становить 100 відсотків, а найбільшою каталітичної активністю володіють зразки, синтезовані при низькому вмісті відновника в початковій суміші: з ними конверсія CH4 і CO2 в синтез-газ відбувається швидше за все.
Таким чином, вчені встановили, що основну роль у формуванні структури і текстури каталізатора грає відновник і, змінюючи його зміст в початкових дисперсних системах, можна отримувати різні модифікації карбіду молібдену і регулювати пористу структуру каталізатора.
Розроблений метод синтезу протікає при порівняно низьких температурах (в порівнянні з традиційними методами), а синтезований Mo2C має високу каталітичної активністю, що відкриває можливість використовувати цей метод для отримання масивних каталізаторів на носії і каталітичних мембран для різних завдань - в тому числі конверсії природного газу.
Джерело: Naked Science