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 Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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