"Чем эффективнее мы сжигаем метан и чем меньше энергии используем для его сжигания, тем меньше парниковых газов и загрязняющих веществ он производит. Таким образом, все, что мы можем сделать, чтобы снизить эту температуру горения, является экологической победой ", – сказал Реза Шахбазиан-Яссар, профессор механической и промышленной инженерии Иллинойского университета в Чикаго.
Шахбазян-Яссар и его коллеги способствовали разработке передового катализатора, состоящего из 10 различных элементов, каждый из которых сам по себе имеет способность снижать температуру сгорания метана, а также кислорода.
Этот уникальный катализатор может снизить температуру сгорания метана примерно наполовину – с 1400 градусов Кельвина до 600-700 градусов Кельвина.
Их результаты опубликованы в журнале Nature Catalysis.
В ранее опубликованном исследовании Шахбазиан-Яссар и его коллеги продемонстрировали способность создавать многоэлементные катализаторы из наночастиц, известные как высокоэнтропийные сплавы, с использованием уникальной ударно-волновой техники.
До этого материаловеды не предпринимали серьезных попыток создать наночастицы из более чем трех элементов из-за тенденции атомов каждого элемента отделяться друг от друга и становиться бесполезными.
Воспользовавшись уникальной системой высокотемпературной электронной микроскопии в реальном времени в UIC, команда Шахбазиана-Яссара показала, что наночастицы с высокой энтропией, состоящие из 10 оксидов металлов, обладают высокой стабильностью при температурах до 1073 градусов Кельвина, а отдельные элементы распределены равномерно. по всей наночастице, образуя единую твердотельную стабильную кристаллическую структуру.
Их металлооксидный сплав содержал различные смеси переходных металлов, которые являются редкоземельными элементами, и благородных металлов плюс кислород.
«Практически невозможно поддерживать идеальное сочетание этих элементов в твердой фазе из-за различий в атомном радиусе, кристаллической структуре, потенциале окисления и электронных свойствах элементов», – сказал Чжэннань Хуанг, доктор философии.D. студент лаборатории Шахбазяна-Яссара и соавтор статьи. "Но мы смогли показать, что это возможно."
«Среди множества сплавов с множеством элементов, которые мы создали, частицы из 10 элементов оказались не только наиболее эффективными в снижении температуры горения газообразного метана, но и наиболее стабильными при этих температурах», – сказал Шахбазян-Яссар, автор-корреспондент. на бумаге.
Исследователи полагают, что катализатор может быть использован для снижения выбросов вредных парниковых газов, образующихся при сжигании природного газа в отдельных домах, в турбинах и даже в автомобилях, работающих на сжатом природном газе.
Танюань Ли, Юнган Яо, Мэнхао Ян, Цзинлун Гао, Александра Брозена, Лянбин Ху, Ифэй Мо, Гленн Пастель, Мяолун Цзяо, Ци Донг, Цзяци Дай и Шуке Ли из Университета Мэриленда; Пэнфэй Се, Кайчжу Цзэн, Хан Цзун и Чао Ван из Университета Джона Хопкинса; Чжэнью Лю и Гофэн Ван из Университета Питтсбурга; Мяофанг Чи из Окриджской национальной лаборатории и Цзянь Луо из Калифорнийского университета в Сан-Диего являются соавторами статьи.