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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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