Чтобы парниковых газов, особенно углекислого газа и метана, становилось меньше, ученые разрабатывают способы их переработки в полезные химические вещества. Например, из углекислого газа можно сделать этанол, а потом смесь водорода и угарного газа — синтез-газ. Он используется для производства электричества и тепла, а также для других целей.

Для превращения этанола в синтез-газ нужны катализаторы — вещества, которые ускоряют реакцию. Обычно используют катализатор на основе никеля, потому что он дешевый и эффективный. Но когда никелевый катализатор нагревают, частицы металла слипаются, и на них откладывается углерод. Из-за этого эффективность катализатора со временем снижается. Поэтому химики ищут способ улучшить никелевые катализаторы.

Ученые из Российского университета дружбы народов в Москве создали специальный металлический катализатор, который помогает превращать этанол в синтез-газ.

Чтобы частицы никеля не слипались при нагревании, ученые добавили к ним немного меди — 1%, 10% или 50%.

Полученные частицы двух металлов нанесли на специальную подложку из сложного сплава оксидов алюминия, циркония и церия. Благодаря этой подложке на поверхности катализатора перестали откладываться частицы углерода.

Ученые сравнили активность новых соединений с похожими катализаторами, в которых был только один металл — либо никель, либо медь.

Они нагревали катализаторы до 650 °С и подавали на них смесь этанола и углекислого газа. Процесс длился семь часов. Исследователи использовали датчики, чтобы записывать, какие вещества получались в результате реакции.

Ученые выяснили, что если менять количество меди в катализаторе и добавлять разные количества алюминия и циркония в подложку, можно получать синтез-газ с разным соотношением водорода и угарного газа. Это позволит точно настраивать производство в зависимости от того, какой именно состав газа нужен.

Ученые обнаружили, что если добавить всего 1% меди к другому веществу, то можно с вероятностью в 95% получить газ, богатый водородом. Доля водорода в смеси составила от 55 до 68%, в зависимости от состава основы. А когда используют никелевый катализатор, водорода и угарного газа получается поровну — по 50%.

Также ученые заметили, что медно-никелевые катализаторы за время реакции становятся менее активными совсем немного — всего на 5–10%, в зависимости от количества меди. Это показало, что полученные соединения очень стабильны.

Мы провели исследование и выяснили, что если добавить немного меди к веществу, которое ускоряет химические реакции (катализатору из никеля), то оно продолжит работать при высоких температурах. Все потому, что медь не дает маленьким частицам слипаться друг с другом.

Еще мы покрыли это вещество другим веществом (подложкой из оксидов металлов). Это помогает предотвратить появление углерода на поверхности катализатора.

Наше открытие пригодится для того, чтобы избавиться от парниковых газов и превратить их в полезные вещества для химии и энергетики. Мы планируем проверить наши лучшие катализаторы в работе и посмотреть, можно ли использовать их для переработки других веществ, например, глицерина и метана, — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Анна Жукова (на фото), кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник кафедры физической и коллоидной химии РУДН им. Патриса Лумумбы.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в The Journal of Physical Chemistry C.

Ранее в ТПУ открыли экологичный способ получения катализаторов для очистки газов.