Nuevo fotocatalizador para mejorar la descarbonización y otras reacciones químicas

El uso de gases de efecto invernadero es una de las direcciones más populares de la tendencia global hacia la descarbonización: reducir la huella de carbono de la producción y las actividades humanas. En el proceso de conversión de dióxido de carbono en metano, los principales catalizadores utilizados hoy en día son el oro, el platino y el paladio, que son caros y complejos.

Un grupo de investigación de Skoltech, el Instituto de Catálisis Boreskov (rama siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia) y la Universidad Politécnica de Tomsk realizaron un experimento y probaron un nuevo fotocatalizador basado en WB._5x-WB₂ Boruro de tungsteno y TiO₂ El dióxido de titanio puede competir con los metales nobles. Aumenta significativamente la eficiencia de las reacciones químicas y es mucho más económico que los catalizadores que se utilizan en la actualidad.

Los resultados se presentan en un nuevo estudio. Ciencia de superficies aplicada Diario

BM_5xEl pentaboruro de tungsteno se diseñó anteriormente como una alternativa más económica a los cortadores de diamante utilizados en equipos de perforación en la industria del petróleo y el gas.

El profesor de Skoltech Alexander Kushnin del Centro de Transición Energética y Artem R. Ogunov, jefe del Laboratorio de Descubrimiento de Materiales, y sus colegas utilizaron un algoritmo mecánico que predijo la estabilidad de WB5 y luego lo tomaron sinterizando el tungsteno y el boro recibido. -7 a temperaturas de hasta 1.500 grados Celsius y presiones de hasta 7 gigapascales.

El método de síntesis de pentaboruro de tungsteno superduro se mejoró posteriormente en colaboración con la Universidad Politécnica de Tomsk, haciendo su producción más eficiente y económica.

«Hemos identificado propiedades que nos permiten comprender que el pentaboruro de tungsteno no sólo es prometedor para la producción de petróleo, sino que también puede convertirse en un buen catalizador. En el pasado, sólo conocíamos la estructura cristalina, la información de estabilidad y las propiedades mecánicas del material era conocido.

«Nos esforzamos mucho en predecir las propiedades catalíticas y de adsorción del pentaboruro de tungsteno mediante modelos informáticos y calculando las barreras de reacción. Luego recurrimos a nuestros colegas, quienes confirmaron los resultados experimentalmente», dijo Alexandra Radina. Autor y estudiante de doctorado en el programa de ciencia de materiales de Skoltech.

Los investigadores de la Universidad Politécnica de Tomsk produjeron un polvo de boruro de tungsteno avanzado utilizando tecnología previamente desarrollada, mientras que sus colegas del Instituto Boryskov de Catálisis utilizaron el material compuesto como cocatalizador para dos reacciones: la conversión de dióxido de carbono en metano y la producción de hidrógeno a partir de agua. solución. Etanol.

Según los resultados, BM_5x-WB₂ El boruro de tungsteno aumentó la eficiencia de la primera reacción en un factor de cuatro y la segunda en un factor de 23. Métodos de análisis estructural como microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, difracción de rayos X, espectroscopía de fotoelectrones de rayos X y otros. El nuevo BM ha confirmado_5x-WB₂/ A₂ El catalizador es responsable de aumentar la eficiencia de la reacción. Los estudios que utilizaron estas técnicas analíticas se llevaron a cabo en el Instituto Boreskov de Catálisis de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia.

«Los datos sociales muestran que el boruro con alto contenido de tungsteno debería actuar como un material catalizador activo para producir hidrógeno a partir de etanol, y los resultados experimentales confirmaron nuestras predicciones. Como nuestro material no ha sido considerado antes como catalizador, los procesos químicos surgen la cuestión del cribado. , donde podría resultar un catalizador más eficaz en comparación con los materiales convencionales», afirmó el profesor Kavashin del Centro de Transición Energética de Skoltech, líder del estudio.

Como señalan los autores, el nuevo fotocatalizador puede ser eficaz no sólo en las reacciones mencionadas anteriormente. Lo más importante es que la investigación abre una nueva dirección para la aplicación de materiales basados ​​en tableros y carburos de metales de transición, incluidos aquellos con alta entropía.

Actualmente, un equipo de tres organizaciones está explorando activamente el uso del nuevo material en diversos procesos catalíticos con aplicaciones en fotocatálisis, petroquímica, etc.