(Phys.org)—I composti di zolfo nei combustibili petroliferi hanno incontrato la loro corrispondenza nanostrutturata. I ricercatori dell'Università dell'Illinois hanno sviluppato stuoie di nanofibre di ossido di metallo che rimuovono lo zolfo dai combustibili a base di petrolio in modo molto più efficace rispetto ai materiali tradizionali. Tale efficienza potrebbe ridurre i costi e migliorare le prestazioni per la catalisi basata sul carburante, applicazioni energetiche avanzate e rimozione di gas tossici.

Co-diretto da Mark Shannon, un professore di scienze meccaniche e ingegneria presso l'Università di I. fino alla sua morte questo autunno, e professore di chimica Prashant Jain, i ricercatori hanno dimostrato il loro materiale sulla rivista Nanotecnologia della natura .

I composti di zolfo nei combustibili causano problemi su due fronti:rilasciano gas tossici durante la combustione, e danneggiano metalli e catalizzatori nei motori e nelle celle a combustibile. Di solito vengono rimossi utilizzando un trattamento liquido che adsorbe lo zolfo dal carburante, ma il processo è macchinoso e richiede che il combustibile venga raffreddato e riscaldato, rendendo il carburante meno efficiente dal punto di vista energetico.

Per risolvere questi problemi, i ricercatori si sono rivolti agli adsorbenti di ossido di metallo solido, ma quelli hanno le loro serie di sfide. Mentre lavorano ad alte temperature, eliminando la necessità di raffreddare e riscaldare nuovamente il carburante, le loro prestazioni sono limitate da problemi di stabilità. Perdono la loro attività dopo solo pochi cicli di utilizzo.

Studi precedenti hanno scoperto che l'adsorbimento dello zolfo funziona meglio sulla superficie degli ossidi di metalli solidi, quindi lo studente laureato Mayank Behl, dal gruppo di Jain, e Junghoon Yeom, poi ricercatore post-dottorato nel gruppo di Shannon, deciso di creare un materiale con la massima superficie. La soluzione:minuscoli granelli di titanato di zinco filati in nanofibre, unendo una superficie elevata, elevata reattività e integrità strutturale in un adsorbente di zolfo ad alte prestazioni.

Il materiale in nanofibra è più reattivo dello stesso materiale in forma sfusa, consentendo la completa rimozione dello zolfo con meno materiale, consentendo un reattore più piccolo. Il materiale rimane stabile e attivo dopo diversi cicli. Per di più, la struttura fibrosa garantisce al materiale l'immunità dal problema della sinterizzazione, o aggregazione, che affligge altri catalizzatori nanostrutturati.

"Le nostre fibre nanostrutturate non sinteriscono, " Ha detto Jain. "La struttura fibrosa accoglie eventuali cambiamenti termofisici senza provocare alcun degrado del materiale. Infatti, in condizioni operative, nanorami crescono dalle fibre madri, migliorare la superficie durante il funzionamento."

Il gruppo di Jain continuerà a studiare le proprietà migliorate delle strutture di nanofibre, sperando di ottenere una comprensione a livello atomico di ciò che rende il materiale così efficace.

"Siamo interessati a scoprire i siti atomici sulla superficie del materiale dove si adsorbe l'idrogeno solforato, " ha detto Giain, che è anche affiliato con il Beckman Institute for Advanced Science and Technology presso l'U. of I. "Se possiamo conoscere l'identità di questi siti, potremmo progettare un materiale adsorbente ancora più efficiente. L'intuizione atomica o su scala nanometrica che otteniamo da questo sistema di materiali potrebbe essere utile per progettare altri catalizzatori nelle applicazioni di rimozione di gas tossici e di energia rinnovabile".