Wetenschappers hebben een grote stap gezet in de richting van een circulaire koolstofeconomie door een duurzame, economische katalysator die broeikasgassen recycleert tot ingrediënten die kunnen worden gebruikt in brandstof, Hydrogen gas, en andere chemicaliën. De resultaten kunnen revolutionair zijn in de poging om de opwarming van de aarde te keren, volgens de onderzoekers. De studie werd op 14 februari gepubliceerd in Wetenschap .

"We wilden een effectieve katalysator ontwikkelen die grote hoeveelheden van de broeikasgassen kooldioxide en methaan zonder falen kan omzetten, " zei Cafer T. Yavuz, paper auteur en universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire engineering en scheikunde bij KAIST.

De katalysator, gemaakt van goedkoop en overvloedig nikkel, magnesium, en molybdeen, initieert en versnelt de reactiesnelheid die kooldioxide en methaan omzet in waterstofgas. Het kan meer dan een maand efficiënt werken.

Deze conversie wordt "dry reforming, " waar schadelijke gassen, zoals koolstofdioxide, worden verwerkt om meer bruikbare chemicaliën te produceren die kunnen worden geraffineerd voor gebruik in brandstof, kunststoffen, of zelfs medicijnen. Het is een effectief proces, maar voorheen waren er zeldzame en dure metalen zoals platina en rhodium nodig om een ​​korte en inefficiënte chemische reactie op te wekken.

Andere onderzoekers hadden eerder nikkel voorgesteld als een meer economische oplossing, maar koolstofbijproducten zouden zich ophopen en de oppervlakte-nanodeeltjes zouden aan elkaar binden op het goedkopere metaal, de samenstelling en geometrie van de katalysator fundamenteel veranderen en onbruikbaar maken.

"De moeilijkheid komt voort uit het gebrek aan controle over tientallen actieve plaatsen op de omvangrijke katalysatoroppervlakken, omdat elke poging tot verfijningsprocedures ook de aard van de katalysator zelf verandert, ' zei Yavuz.

De onderzoekers produceerden nikkel-molybdeen nanodeeltjes onder een reductieve omgeving in aanwezigheid van een enkel kristallijn magnesiumoxide. Omdat de ingrediënten onder reactief gas werden verwarmd, de nanodeeltjes bewogen op het ongerepte kristaloppervlak op zoek naar verankeringspunten. De resulterende geactiveerde katalysator sloot zijn eigen hoogenergetische actieve sites af en fixeerde permanent de locatie van de nanodeeltjes - wat betekent dat de op nikkel gebaseerde katalysator geen koolstofophoping zal hebben, noch zullen de oppervlaktedeeltjes aan elkaar binden.

"Het kostte ons bijna een jaar om het onderliggende mechanisme te begrijpen, " zei eerste auteur Youngdong Song, een afgestudeerde student aan de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering aan KAIST. "Toen we alle chemische gebeurtenissen in detail hadden bestudeerd, we waren geschokt."

De onderzoekers noemden de katalysator Nanocatalysts on Single Crystal Edges (NOSCE). Het magnesiumoxide nanopoeder is afkomstig van een fijn gestructureerde vorm van magnesiumoxide, waar de moleculen continu aan de rand binden. Er zijn geen breuken of defecten in het oppervlak, uniforme en voorspelbare reacties mogelijk maken.

"Onze studie lost een aantal uitdagingen op waarmee de katalysatorgemeenschap wordt geconfronteerd, " zei Yavuz. "Wij geloven dat het NOSCE-mechanisme andere inefficiënte katalytische reacties zal verbeteren en zelfs verdere besparingen op de uitstoot van broeikasgassen zal opleveren."