Открытие безметалловых катализаторов может революционизировать производство биотоплива

Недавно открытый безметалловый катализатор на углеродной основе, потенциально может быть гораздо менее дорогим и более эффективным для многих отраслей промышленности, включая производство био- и ископаемого топлива, электрокатализ и топливные элементы.

Ученые из лаборатории Эймса Министерства энергетики США обнаружили катализатор на углеродной основе, не содержащий металлов, который потенциально может быть гораздо менее дорогим и более эффективным для многих промышленных предприятий, включая производство био- и ископаемого топлива, электрокатализ и топливные элементы.

По своей сути, эти промышленные процессы включают расщепление прочных химических связей, таких как водород-водородные, углерод-кислородные и углерод-водородные связи. Традиционно это достигается с помощью катализаторов, в которых используются переходные или драгоценные металлы, многие из которых дорогие и малочисленные, такие как платина и палладий.

«Мы обнаружили, что действительно имеет значение то, как азот распределяется на поверхности этих NAC, и в процессе поняли, что это был совершенно новый вид химической активности», — говорит научный сотрудник лаборатории Эймса Лун Ци.

Ученые провели эксперименты с типом гетерогенного катализатора, азотно-сборочным углеродом (NAC), в котором конструкция и размещение азота на поверхности углерода сильно влияли на каталитическую активность материала. Ранее считалось, что эти атомы азота на углеродных поверхностях удалены друг от друга, поскольку близкое расположение атомов азота является термодинамически нестабильным.

Команда из лаборатории Эймса коррелировала предшественники азота и температуру пиролиза для синтеза NAC с распределением азота и обнаружила, что метастабильные сборки азота могут быть созданы специально для проведения неожиданных каталитических реакций. Такие реакции включают гидрогенолиз ариловых эфиров, дегидрирование этилбензола и тетрагидрохинолина и гидрирование обычных ненасыщенных функциональных групп (таких как кетон, алкен, алкин и нитрогруппы).

«Это открытие должно позволить ученым разработать азотные сборки, которые смогут выполнять более сложные и сложные химические превращения без необходимости использования переходных металлов», — сказал ученый из лаборатории Эймса Вэнью Хуанг. «Это широко применяется ко многим различным типам химических преобразований и отраслям».

Вычислительное моделирование было выполнено Бин Ван, адъюнкт-профессором кафедры химической, биологической и материаловедческой инженерии в Суперкомпьютерном центре образования и исследований Университета Оклахомы, а также в Национальном вычислительном центре энергетических исследований (NERSC), Управлении Министерства энергетики США.

Источник

Метки: углерод