ТАСС, 27 января. Химики разработали нанокатализатор на основе церия, платины, кобальта и индия, позволяющий превращать смесь из пропана и углекислого газа в углеводород пропилен – сырье для производства многих сортов пластика. Описание разработки опубликовал научный журнал Nature Catalysis.
"Ни один из существующих катализаторов для производства пропилена не обладает высокой активностью, избирательностью действия и эффективностью переработки углекислого газа. Наш многофункциональный материал справляется со всеми этими задачами", – рассказал один из разработчиков, доцент Университета Хоккайдо Синъя Фурукава.
Химики уже много десятилетий работают над методами по превращению атмосферного углекислого газа в биотопливо и другие полезные вещества. Однако поскольку молекулы CO2 с химической точки зрения очень устойчивы, для их расщепления необходимо очень много энергии. Эта особенность мешает не только человеку, но и всем живым существам. Лишь немногие организмы – например, растения и цианобактерии, – научились относительно эффективно расщеплять CO2.
Фурукава и его коллеги разработали новый наноструктурированный катализатор на основе соединений четырех металлов, который одновременно может расщеплять молекулы пропана и углекислого газа и использовать их для производства пропилена. Он представляет собой непредельный углеводород, который широко применяется в качестве сырья в полимерной промышленности.
"Зеленое" полимерное сырье
Как правило, для производства пропилена используют смесь из пропана и водяного пара. В специальных реакторах ее нагревают до очень высоких температур. С энергетической точки зрения этот процесс крайне неэффективен, из-за чего химики уже много десятилетий пытаются создать катализаторы, которые ускоряли бы превращение пропана в пропилен при более низких температурах.
Японские химики выяснили, что производство этого вещества можно сделать более дешевым и экологичным с помощью микрочастиц из оксида церия, которые покрыты наноструктурами из чередующихся слоев индия, платины и кобальта. Свойства этих наночастиц были подобраны таким образом, что они могли взаимодействовать только с молекулами пропана и углекислого газа.
Опыты с прототипами катализаторов на их основе показали, что разработка Фурукавы и его коллег активно взаимодействовала и с пропаном, и с углекислым газом при относительно низкой температуре в 550 °С. В таких условиях наночастицы на базе четырех металлов в несколько раз превосходят по эффективности другие материалы, которые разрабатываются для производства пропилена.
Другой отличительной чертой этого катализатора стало то, что в процессе его работы на поверхности наночастиц не накапливается сажа, появление которой на поверхности других катализирующих материалов обычно быстро приводит их в негодность. Эта особенность наноструктур, как надеются Фурукава и его коллеги, сделает их особенно привлекательными для применения в промышленных масштабах.