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新型催化剂促进页岩气转化为燃料

发布时间:2018-1-12 11:50:09      阅读31

铜(111)和铂/铜表面反应中间体的STM成像。来源:Sykes

  伦敦大学学院(UCL)和塔夫斯大学最新研究显示,创新的使用铂和铜合金催化剂,可以使页岩气中的甲烷可以转化为烃类燃料。
  众所周知,铂或镍会破坏页岩气中甲烷的碳氢键,从而生成碳氢化合物燃料和其他许多有用的化学物质。然而,这一过程会引起“结焦”,金属会被碳层包裹,从而阻碍表面继续发生化学反应。
  研究人员这次展示的新合金催化剂具有抗结焦的能力,因此它会持续保持催化剂的活性,这种特性导致它比其他材料需要更少的能量来破坏碳氢键。
  目前,甲烷转化过程需要比较大的能量输入,需要约900摄氏度的温度。这种新材料可以把反应温度降低到400摄氏度,很大程度上节约了能源。
  这项研究已经被发表在《自然化学》杂志上,它展示了新型高稀释铂铜单原子合金的优点,这种合金可以从小的碳氢化合物中制造出有用的化学物质。
  结合表面科学和催化实验以及强大的计算技术,研究人员对这种新型合金的性能进行了研究。这些结果表明,铂金打破了碳的氢键,铜帮助不同大小的碳氢化合物分子,这种新材料为甲烷转换燃料铺平了道路。
  这项研究的共同作者,Michail Stamatakis教授(UCL化学工程),说:“我们利用超级计算机模拟出他们如何发生反应,展示出催化合金表面小分子键的断裂与生成,并大范围预测材料的性能。为此,我们需要访问数百个处理器来模拟成千上万的反应可能性。”
  研究者使用计算机来跟踪反应,Tufts的化学家和化学工程师进行了表面科学和微型反应堆实验,用来证明在实际环境中,新的催化剂—铂原子分散在铜表面上的可行性。他们发现单原子合金非常稳定,只需少量铂即可工作。
  这项研究的负责人塔夫斯大学艺术与科学学院Charles Sykes教授说:“眼见为实,我们的扫描隧道显微镜展示给我们单铂原子排列在铜上。考虑到铂的价格超过每盎司1000美元,而铜价仅仅为15美分,这么做可以节省大量成本。
  这个研究小组一起对结果表明,新型合金需要较少的能量,用来帮助打破甲烷和丁烷中碳原子和氢原子之间的键,并且这种合金耐结焦,为材料开辟了新的应用领域。
  新型合金催化剂研究的共同作者、,塔夫斯大学工程学院化学与生物工程系著名教授Maria Flytzani Stephanopoulos说:“在表面科学实验模拟催化剂都是遵循结构和反应性,这在原子尺度上是必不可少的,这是令人兴奋的结果,它扩展了实际类似成分的纳米催化剂的知识,并在实际条件下进行了测试,目的是使催化剂可以实现工业应用。
  这个小组现在计划开发更多的催化剂,这种催化剂对传统和其他化学过程中使用的金属具有同样的抗结焦能力。

文章来自phys网站,原文题目为New catalyst for making fuels from shale gas。

来源:材料科技在线

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