Methaan in schaliegas kan worden omgezet in koolwaterstofbrandstoffen met behulp van een innovatieve katalysator van platina en koperlegeringen. volgens nieuw onderzoek onder leiding van UCL (University College London) en Tufts University.

Van platina of nikkel is bekend dat ze de koolstof-waterstofbindingen in methaan in schaliegas verbreken om koolwaterstofbrandstoffen en andere nuttige chemicaliën te maken. Echter, dit proces veroorzaakt 'cokesvorming' - het metaal wordt bedekt met een koolstoflaag waardoor het ondoeltreffend wordt door reacties aan het oppervlak te blokkeren.

De nieuwe legeringskatalysator is bestand tegen cokesvorming, zodat het zijn activiteit behoudt en minder energie nodig heeft om de bindingen te verbreken dan andere materialen.

Momenteel, processen voor het hervormen van methaan zijn extreem energie-intensief, temperaturen van ongeveer 900 graden Celsius nodig. Dit nieuwe materiaal zou dit kunnen verlagen tot 400 graden Celsius, energie besparen.

De studie, vandaag gepubliceerd in Natuurchemie , demonstreert de voordelen van de nieuwe sterk verdunde legering van platina in koper - een legering met één atoom - bij het maken van bruikbare chemicaliën uit kleine koolwaterstoffen.

Een combinatie van oppervlaktewetenschap en katalyse-experimenten en krachtige computertechnieken werden gebruikt om de prestaties van de legering te onderzoeken. Hieruit bleek dat het platina de koolstof-waterstofbindingen verbreekt, en het koper helpt bij het koppelen van koolwaterstofmoleculen van verschillende groottes, de weg vrijmaakt voor de omschakeling naar brandstoffen.

Studie mede-hoofdauteur, Professor Michail Stamatakis (UCL Chemische Technologie), zei:"We gebruikten supercomputers om te modelleren hoe de reactie plaatsvindt - het verbreken en maken van bindingen in kleine moleculen op het oppervlak van de katalytische legering, en ook om zijn prestaties op grote schaal te voorspellen. Voor deze, we hadden toegang nodig tot honderden processors om duizenden reactiegebeurtenissen te simuleren."

Terwijl UCL-onderzoekers de reactie volgden met behulp van computers, Tufts-chemici en chemische ingenieurs voerden oppervlaktewetenschap en microreactorexperimenten uit om de levensvatbaarheid van de nieuwe katalysator - platina-atomen gedispergeerd in een koperoppervlak - in een praktische omgeving aan te tonen. Ze ontdekten dat de legering met één atoom erg stabiel was en slechts een kleine hoeveelheid platina nodig had om te werken.

Studieleider, Professor Charles Sykes van de afdeling Scheikunde aan de School of Arts &Sciences van Tufts University, zei:"Zien is geloven, en onze scanning tunneling microscoop stelde ons in staat om te visualiseren hoe enkele platina-atomen in koper waren gerangschikt. Aangezien platina meer dan $ 1 is, 000 een ons, versus koper voor 15 cent, een aanzienlijke kostenbesparing kan worden gerealiseerd."

Samen, het team laat zien dat de legering minder energie nodig heeft om de bindingen tussen koolstof- en waterstofatomen in methaan en butaan te verbreken, en dat de legering bestand is tegen cokesvorming, het openen van nieuwe toepassingen voor het materiaal.

Studie mede-hoofdauteur, Distinguished Professor Maria Flytzani-Stephanopoulos van de afdeling Chemische en Biologische Technologie aan de Technische School van Tufts University, zei:"Hoewel modelkatalysatoren in experimenten met oppervlaktewetenschappen essentieel zijn om de structuur en reactiviteit op atomaire schaal te volgen, het is opwindend om deze kennis uit te breiden naar realistische nanodeeltjeskatalysatoren van vergelijkbare samenstellingen en deze onder praktische omstandigheden te testen, gericht op het ontwikkelen van de katalysator voor de volgende stap - industriële toepassing."

Het team is nu van plan verdere katalysatoren te ontwikkelen die op dezelfde manier bestand zijn tegen de cokesvorming die metalen plaagt die traditioneel in deze en andere chemische processen worden gebruikt.