Вынікі працы апублікаваныя ў часопісе Nanomaterials. Пры згаранні вадароду не ўтворацца парніковыя газы, а паліўныя элементы, якія працуюць на яго аснове, генеруюць электрычнасць з вельмі высокім ККД, і таму вадарод лічаць вельмі перспектыўным палівам.
Яго сучаснае прамысловае вытворчасць заснавана на сумеснай канверсіі прыроднага газу разам з вадзяным парай, якая праводзіцца пры 1000 градусаў Цэльсія, але больш экалагічны спосаб - гэта углекислотная канверсія метану, сыравінай у якой працуюць адразу два парніковых газу - СН4 і СО2. На жаль, каталізатары паравой канверсіі ў гэтым працэсе дэзактывіруючымі і руйнуюцца, а выкарыстанне універсальных каталізатараў на аснове металаў плацінавай групы (Pt, Pd, Rh) таксама немагчыма па цэлым шэрагу прычын.
Перспектыўны кандыдат для каталізатараў углекислотной канверсіі метану - гэта карбід малібдэна (Mo2C). Яго каталітычная актыўнасць у рэакцыях з удзелам лёгкіх вуглевадародаў супастаўная з плацінай, а кошт значна ніжэй. Акрамя таго, карбід малібдэна ўстойлівы да распаўсюджаным каталітычным ядаў - вугляродным адклады і серазмяшчальных злучэнням, што робіць каталізатары на яго аснове устойлівымі пры працяглай працы. Аднак карбід малібдэна не распаўсюджаны ў прыродзе і можа быць атрыманы толькі сінтэтычным шляхам.
У традыцыйным металургічным метадзе яго сінтэзуюць за кошт працяглай тэмпературнай апрацоўкі металу і вугляроду, што прыводзіць да вялікіх энергазатратах. Іншы распаўсюджаны спосаб - гэта терморегулируемое аднаўленне аксідаў малібдэна сумессю вуглевадародных газаў з H2 або араматычнымі злучэнням.
На гэты метад трэба менш энергіі, але ён патрабуе павышаных мер бяспекі з-за выкарыстання выбухованебяспечных газаў. Акрамя таго, у абодвух спосабах на паверхні карбіду малібдэна утворыцца вугляродная плёнка, якая блакуе частка каталітычны актыўных цэнтраў і тым зніжае эфектыўнасць выкарыстання матэрыялу. Таму навукоўцы шукаюць іншыя спосабы яго сінтэзу.
У РХТУ карбід малібдэна прапануюць атрымліваць з дапамогай метаду жидкофазного сінтэзу з малібдэнавы сіняй (так называюць дысперсіі кластарных злучэнняў малібдэна і кіслароду). У працы навукоўцы праводзілі сінтэз Mo2C ў некалькі стадый. Спачатку яны атрымалі самі малібдэнавы сінечы за кошт аднаўлення раствора гептамолибдата амонія аскарбінавай кіслатой ў прысутнасці салянай кіслаты.
А потым малібдэнавы сінечы высушылі і тэрмічнаму расклалі пры тэмпературы 750-800 градусаў Цэльсія, у выніку чаго утварыўся карбід малібдэна. «Асноўным адрозненнем работ, якія праводзяцца нашай навуковай групай, з'яўляецца комплексны падыход, - адзначае адзін з аўтараў працы, дацэнт кафедры калоіднай хіміі РХТУ, Наталля Гаўрылава.
- Фактычна мы займаемся не проста сінтэзам высокодісперсных часціц, а вывучаем кожную стадыю атрымання каталітычных сістэм, што дазваляе, усталяваўшы асноўныя фундаментальныя заканамернасці, сінтэзаваць прадукт з зададзенымі ўласцівасцямі - гэта значыць карбід малібдэна з высокай каталітычнай актыўнасцю ».
У працы даследчыкі змянялі суадносіны молибденсодержащего рэчывы і аднаўляльніка на першай стадыі сінтэзу і вывучалі структуру як атрымліваюцца малібдэнавы сіняй, так і самога карбіду малібдэна, сінтэзаванага потым з фарбавальніка. Каталітычны актыўнасць Mo2C ацэньвалі, праводзячы рэакцыю канверсіі метану CH4 (асноўны кампанент прыроднага газу) і CO2 у газападобную сумесь H2, CO і H2O, то ёсць сінтэз-газ.
Было паказана, што ўжо пры тэмпературы 850 градусаў Цэльсія ступень канверсіі метану складае 100 працэнтаў, а найбольшай каталітычнай актыўнасцю валодаюць ўзоры, сінтэзаваныя пры нізкім змесце аднаўляльніка ў пачатковай сумесі: з імі канверсія CH4 і CO2 ў сінтэз-газ адбываецца хутчэй за ўсё.
Такім чынам, навукоўцы ўсталявалі, што асноўную ролю ў фарміраванні структуры і тэкстуры каталізатара гуляе аднаўляльнік і, мяняючы яго ўтрыманне ў зыходных дысперсных сістэмах, можна атрымліваць розныя мадыфікацыі карбіду малібдэна і рэгуляваць кіпрую структуру каталізатара.
Распрацаваны метад сінтэзу працякае пры параўнальна нізкіх тэмпературах (у параўнанні з традыцыйнымі метадамі), а сінтэзаваны Mo2C валодае высокай каталітычнай актыўнасцю, што адкрывае магчымасць выкарыстоўваць гэты метад для атрымання масіўных каталізатараў на носьбіце і каталітычных мембран для розных задач - у тым ліку канверсіі прыроднага газу.
Крыніца: Naked Science