Группа исследователей под руководством профессора Проектного центра по энергопереходу Александра Квашнина опубликовала новую работу о пентабориде вольфрама WB5-x — веществе, которое обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными катализаторами. Ученые определили и изучили стабильные поверхности кристалла WB5-x и выявили, что новый катализатор не отравляется серосодержащими примесями, а значит не теряет своей активности. Пентаборид вольфрама потенциально может использоваться в качестве катализатора или сокатализатора в фильтрах для очистки промышленных выхлопных газов, добычи драгоценных металлов, фотокаталитического получения водорода и в других областях.
Схематическое изображение реакции окисления CO на одной из стабильных поверхностей WB5-x / © Александр Квашнин, Сколтех
Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports. Ранее ученые синтезировали пентаборид вольфрама WB5-x, а затем доработали метод синтеза порошка сверхтвердого борида вольфрама совместно с Томским политехническим университетом и выявили, что синтезированное вещество в разы повышает эффективность реакций по превращению углекислого газа в метан и по получению водорода из водного раствора этанола.
«В новой работе мы увидели, что чем больше бора в соединении, тем лучше его каталитические свойства. Это показалось нам довольно парадоксальным, потому что, как правило, активные центры катализатора — это атомы металлов. У нас высший борид вольфрама, то есть в ряду соединения бора и металла он содержит наибольшее количества бора, поэтому пентаборид вольфрама представляется перспективным катализатором», — рассказала первый автор исследования Александра Радина, аспирант программы «Науки о материалах» в Сколтехе.
Авторы нашли стабильные поверхности соединения: у одной сверху преимущественно бор, у другой — атомы вольфрама. Сравнив их, исследователи пришли к выводу, что бор является активным участником как процессов адсорбции, так и катализа.
В исследовании сделан еще один важный вывод: пентаборид вольфрама не подвержен отравлению со стороны серосодержащих соединений. Это значит, что на его активность не смогут повлиять так называемые контактные яды, к числу которых относят вещества, содержащие кислород, серу, ионы металлов. По словам авторов, отравление катализаторов — большая проблема. Например, нефть очищают от любых соединений с серой, но в ней все равно остается небольшое ее количество, поэтому катализаторы будут работать меньшее количество времени из-за их отравления.
«Катализаторы на основе благородных и редкоземельных металлов отравляются серосодержащими соединениями, поэтому нам было важно рассмотреть большое число молекул газов и их положений на поверхности материала. Мы рассмотрели 10 молекул атмосферных газов, в том числе СО2. По предварительным данным, наш катализатор не отравляется. Это весомое преимущество, помимо цены», — продолжила Александра Радина.
