Metan i skiffergas kan omvandlas till kolvätebränslen med hjälp av en innovativ platina- och kopparlegeringskatalysator, enligt ny forskning ledd av UCL (University College London) och Tufts University.

Platina eller nickel är kända för att bryta kol-vätebindningarna i metan som finns i skiffergas för att göra kolvätebränslen och andra användbara kemikalier. Dock, denna process orsakar "koksning" - metallen blir belagd med ett kolskikt som gör den ineffektiv genom att blockera reaktioner från att inträffa på ytan.

Den nya legeringskatalysatorn är resistent mot koksning, så det behåller sin aktivitet och kräver mindre energi för att bryta bindningarna än andra material.

För närvarande, metanreformprocesser är extremt energiintensiva, kräver temperaturer på cirka 900 grader Celsius. Detta nya material kan sänka detta till 400 grader Celsius, spara energi.

Studien, publiceras idag i Naturkemi , visar fördelarna med den nya högutspädda legeringen av platina i koppar - en enatomslegering - för att göra användbara kemikalier från små kolväten.

En kombination av ytvetenskap och katalysexperiment och kraftfulla beräkningstekniker användes för att undersöka legeringens prestanda. Dessa visade att platina bryter kol-vätebindningarna, och kopparn hjälper till att koppla kolvätemolekyler av olika storlekar, banar väg för konvertering till bränslen.

Studie medförfattare, Professor Michail Stamatakis (UCL Chemical Engineering), sa:"Vi använde superdatorer för att modellera hur reaktionen sker - brytningen och bildandet av bindningar i små molekyler på den katalytiska legeringsytan, och även att förutsäga dess prestanda i stor skala. För detta, vi behövde tillgång till hundratals processorer för att simulera tusentals reaktionshändelser."

Medan UCL-forskare spårade reaktionen med hjälp av datorer, Tufts kemister och kemiingenjörer körde ytvetenskap och mikroreaktorexperiment för att demonstrera livsdugligheten hos den nya katalysatorn - platinaatomer dispergerade i en kopparyta - i en praktisk miljö. De fann att enatomlegeringen var mycket stabil och bara krävde en liten mängd platina för att fungera.

Studieledare, Professor Charles Sykes vid Institutionen för kemi vid Tufts Universitys School of Arts &Sciences, sa:"Se är att tro, och vårt scanning tunnelmikroskop tillät oss att visualisera hur enstaka platinaatomer var ordnade i koppar. Med tanke på att platina är över $1, 000 ett uns, mot koppar på 15 cent, en betydande kostnadsbesparing kan göras."

Tillsammans, teamet visar att mindre energi behövs för att legeringen ska hjälpa till att bryta bindningarna mellan kol- och väteatomer i metan och butan, och att legeringen är resistent mot koksning, öppna nya applikationer för materialet.

Studie medförfattare, Den framstående professor Maria Flytzani-Stephanopoulos vid Institutionen för kemi- och biologisk teknik vid Tufts Universitys tekniska högskola, sa:"Medan modellkatalysatorer i ytvetenskapliga experiment är viktiga för att följa strukturen och reaktiviteten på atomär skala, det är spännande att utöka denna kunskap till realistiska nanopartikelkatalysatorer med liknande sammansättning och testa dem under praktiska förhållanden, syftar till att utveckla katalysatorn för nästa steg - industriell tillämpning."

Teamet planerar nu att utveckla ytterligare katalysatorer som är lika resistenta mot koksningen som plågar metaller som traditionellt används i denna och andra kemiska processer.