Новый фотокатализатор упростит декарбонизацию и повысит эффективность других химических реакций
Утилизация парниковых газов — одно из самых популярных направлений мирового тренда на декарбонизацию, то есть снижения углеродного следа от производства и деятельности человека. Сегодня в реакциях превращения углекислого газа в метан используют в основном дорогие и сложные катализаторы — золото, платину, палладий. Группа ученых из Сколтеха, Института катализа имени Г. К. Борескова Сибирского отделения РАН и Томского политехнического университета провела эксперимент и подтвердила, что конкуренцию благородным металлам может составить новый фотокатализатор на основе борида вольфрама WB5-x-WB2 и диоксида титана TiO2. Он в разы повышает эффективность химических реакций и значительно дешевле используемых сегодня катализаторов.
Результаты работы представлены в журнале Applied Surface Science. Пентаборид вольфрама WB5-x ранее синтезировали в качестве экономичной замены для дорогостоящих резцов из алмазов и победита, применяемых на буровом оборудовании в нефтегазовой отрасли. Профессор Проектного центра по энергопереходу в Сколтехе Александр Квашнин, профессор и руководитель Лаборатории дизайна материалов Артем Оганов и их коллеги использовали машинный алгоритм, который предсказал возможность существования стабильного пентаборида WB5, а затем получили образцы спеканием вольфрама и бора в соотношении один к семи при температурах до 1500 градусов Цельсия и давлении до семи гигапаскалей. Метод синтеза сверхтвердого борида вольфрама затем был доработан совместно с Томским политехническим университетом — это сделало его получение более эффективным и экономичным.
«Мы выявили свойства, которые позволили нам предположить, что пентаборид вольфрама не только перспективен в сфере нефтедобычи, но еще и может стать хорошим катализатором. Раньше была известна только кристаллическая структура, информация о стабильности и механических свойствах материала. Мы провели большую работу: предсказали адсорбционные и каталитические свойства пентаборида вольфрама методами компьютерного моделирования и провели вычисления барьеров реакций. Затем мы обратились к нашим коллегам, которые подтвердили результаты экспериментально», — рассказала соавтор исследования Александра Радина, аспирант программы «Науки о материалах» в Сколтехе.
Ученые из Томского политехнического университета синтезировали порошок высшего борида вольфрама с использованием разработанной ранее технологии, а исследователи из Института катализа им. Г. К. Борескова Сибирского отделения РАН использовали синтезированный материал в качестве сокатализатора двух реакций — по превращению углекислого газа в метан и по получению водорода из водного раствора этанола.
Результаты показали, что с боридом вольфрама WB5-x-WB2 эффективность первой реакции повышается в четыре раза, а второй — в 23 раза. Методы структурного анализа, такие как просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения, дифракция рентгеновских лучей, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, подтвердили, что в данном случае работает именно новый катализатор WB5-x-WB2/TiO2. Исследования комплексом указанных выше методов проводили на базе Национального центра исследования катализаторов на базе Института катализа им. Г. К. Борескова Сибирского отделения РАН.
«Данные моделирования показали, что высший борид вольфрама должен работать в качестве активного материала катализатора для процесса получения водорода из этанола, а результаты экспериментов подтвердили наши предсказания. Ввиду того, что наш материал не рассматривался ранее как потенциальный катализатор, сейчас встает вопрос о скрининге химических процессов, где он мог бы проявить себя как более эффективный катализатор по сравнению с традиционными материалами», — рассказал руководитель исследования Александр Квашнин, профессор Проектного центра по энергопереходу Сколтеха.
Как отмечают авторы, новый фотокатализатор может быть эффективен не только в рассмотренных реакциях. Наиболее важным результатом проведенного исследования является новое направление для применения материалов на основе боридов и карбидов переходных металлов, в том числе и высокоэнтропийных. Сейчас коллектив из трех организаций ведет активные исследования, посвященные применению новых материалов в различных каталитических процессах, имеющих приложения в фотокатализе, нефтехимии и так далее. Работа поддержана Министерством высшего образования и науки России и грантом РНФ.
Telegram 
Дзен 
VK Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Расположенный на Гавайях щитовой вулкан Килауэа считается одним из наиболее активных действующих вулканов. Гавайская вулканическая обсерватория Геологической службы США ожидает, что 55-й эпизод фонтанирования лавы может произойти уже сегодня.
Современная космология до недавнего времени опиралась на так называемый космологический принцип, по которому у Вселенной нет какого-то выделенного направления. И наблюдатель в любой ее точке должен видеть однородную в этом смысле картину. Астроном из Северокавказской астрофизической обсерватории показал, что это не так даже для очень древней Вселенной.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Особо чистый германий — полупроводниковый материал с минимальным содержанием примесей, который активно используют в ядерной физике, медицине и оборонной промышленности. Российские ученые предложили новую технологию, позволяющую получить монокристаллы германия особой чистоты.
Артем Оганов стал иностранным членом Национальной академии наук Республики Армении. В прошлом этой чести также удостоился физик Юрий Оганесян.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно