Figura 1. Confronto schematico, immagini SEM, la correlazione tra il numero di cicli ALD e la dimensione/popolazione delle particelle, e curve fotoelettroniche a raggi X per i campioni. (A) Essoluzione convenzionale per LSTN e (B) corrispondente immagine SEM di LSTN. Barra della scala, 500 nanometri. (C) Essoluzione topotattica tramite ALD per LSTN-20C-Fe e la corrispondente immagine SEM di (D) LSTN-20C-Fe dopo la riduzione. Barra della scala, 500 nanometri. Credito:Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan
Un nuovo nanocatalizzatore che ricicla i principali gas serra, come l'anidride carbonica (CO 2 ) e metano (CH 4 ), in idrogeno ad alto valore aggiunto (H 2 ) è stato sviluppato il gas. Si prevede che questo catalizzatore contribuirà notevolmente allo sviluppo di varie tecnologie di conversione dei rifiuti in energia, in quanto ha più del doppio dell'efficienza di conversione da CH 4 a H 2 , rispetto ai catalizzatori elettrodici convenzionali.
Un gruppo di ricerca, guidato dal professor Gun-Tae Kim presso la School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST, ha sviluppato un nuovo metodo per migliorare le prestazioni e la stabilità dei catalizzatori, utilizzato nella reazione (cioè, reforming a secco del metano, DRM) che produce H 2 e monossido di carbonio (CO) da noti gas serra, come CO 2 e CH 4 .
I catalizzatori convenzionali utilizzati per il reforming a secco del metano (DRM) sono complessi metallici a base di nichel (Ni). Col tempo, però, le prestazioni dei catalizzatori si degradano, così fa la vita del catalizzatore. Questo perché il carbonio si accumula sulla superficie dei catalizzatori, quando i catalizzatori si aggregano o la loro reazione si ripete ad una temperatura più elevata.
"Lo strato di ferro (Fe) uniforme e quantitativamente controllato tramite deposizione di strato atomico (ALD) facilita l'essoluzione topotattica, aumentare le nanoparticelle finemente disperse, " dice Sangwook Joo (MS/Ph.D. combinato presso la School of Energy and Chemical Engineering, UNISTA), il primo autore dello studio.
Il team di ricerca ha anche confermato che l'essoluzione è promossa anche con una quantità molto piccola di ossido di Fe depositato da ALD (Fe 2 oh 3 ). "In particolare, a 20 cicli di deposizione di ossido di Fe tramite ALD, la popolazione di particelle raggiunge oltre 400 particelle (leghe Ni-Fe), " dice Arim Seong della School of Energy and Chemical Engineering, UNISTA, il primo coautore dello studio. "Poiché queste particelle sono composte da Ni e Fe, hanno anche mostrato un'elevata attività catalitica."
Figura 2. Proprietà catalitiche per il DRM. (A) Metano reagito durante la reazione DRM per LSTN, LSTN-10C-Fe, e LSTN-20C-Fe. (B) L'energia di attivazione della reattività del metano calcolata per LSTN, LSTN-10C-Fe, e LSTN-20C-Fe. (C) Dipendenza dal tempo della reattività CH4 e del rapporto H2/CO per LSTN-20C-Fe in DRM a 700 gradi C. Credito:Ulsan National Institute of Science and Technology
Il nuovo catalizzatore ha mostrato un'elevata attività catalitica per il processo DRM senza alcun degrado osservabile delle prestazioni per più di 410 ore di funzionamento continuo. I loro risultati hanno anche mostrato un'elevata conversione del metano (oltre il 70%) a 700 gradi C. "Questo è più del doppio dell'efficienza di conversione della potenza rispetto ai catalizzatori a elettrodi convenzionali, " ha osservato il professor Kim. "Nel complesso, gli abbondanti nanocatalizzatori in lega tramite ALD segnano un importante passo avanti nell'evoluzione dell'essoluzione e della sua applicazione nel campo dell'utilizzo dell'energia."
