Одним из способов утилизации CO2 является получение этанола для дальнейшего производства синтез-газа – смеси водорода и угарного газа, пригодной для выработки электрической и тепловой энергии. Для превращения этанола в синтез-газ чаще всего используются катализаторы на основе никеля, у которых есть один серьезный недостаток: при нагревании частицы металла спекаются («слипаются» между собой), а на их поверхности откладывается углерод, из-за чего эффективность катализатора снижается.
Для решения этой проблемы ученые из РУДН разработали биметаллический катализатор, в котором роль активного вещества играют наночастицы никеля и меди, а в качестве носителя использовался сплав на основе оксидов алюминия, циркония и церия. Благодаря такой подложке на поверхности катализатора перестали откладываться частицы углерода.
Чтобы понять, насколько новые соединения эффективны в сравнении с монометаллическими (никелевыми или медными) катализаторами, авторы провели эксперимент по получению этанола из углекислого газа. Химическая реакция проходила при температуре в 650°С в течение семи часов: на протяжении всего этого времени ученые регистрировали продукты превращения с помощью специальных датчиков.
Выяснилось, что добавление меди в состав никелевого катализатора позволяет получать синтез-газ с повышенной концентрацией водорода. Если в случае использования обычного никелевого катализатора доля H2 и CO в составе синтез-газа составляла по 50%, то при добавлении меди (в концентрации 1%) доля водорода увеличивалась до 55-68% (в зависимости от состава подложки), а доля угарного газа сокращалась до 32-45%. При этом за всё время протекания реакции активность медно-никелевых катализаторов снижалась всего на 5-10% (в зависимости от содержания меди).
«Наши исследования показали, что добавление небольшого количества меди к никелевому катализатору позволяет сохранить его активность при высоких температурах благодаря тому, что он препятствует слипанию наночастиц между собой. Нанесение биметаллических наночастиц на подложку из оксидов металлов помогает избежать другого негативного эффекта — отложения углерода на поверхности катализатора. Предложенная каталитическая система будет полезна для утилизации парниковых газов и получения из них простым и экологичным способом соединений, использующихся в химии и энергетике», – цитирует Российский научный фонд кандидата химических наук Анну Жукову.
