Den primära komponenten i naturgas, metan, är i sig en potent växthusgas. En nyligen genomförd studie, knuten till Sydkoreas Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) har avslöjat en högpresterande katalysator för metanomvandling till formaldehyd.

Detta genombrott har letts av professor Kwang-jin Ahn och hans team på School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST i samarbete med professor Ja Hun Kwak (School of Energy and Chemical Engineering, UNIST), Professor Eun Duck Park från Ajou University, och professor Yoon Seok Jung från Hanyang University.

I det här arbetet, teamet har presenterat en utmärkt "metanoxidaskatalysator" bestående av nanomaterial. Detta material har en stabil struktur och hög reaktivitet vid höga temperaturer, öka effektiviteten av att omvandla metan till formaldehyd mer än dubbelt så mycket som tidigare.

Metan, som petroleum, kan omvandlas till användbara resurser genom kemiska reaktioner. Huvudingrediensen i skiffergas, som har uppmärksammats i USA de senaste åren, är metan, och tekniken för att skapa högt värdeskapande resurser med detta material är också erkänt som viktigt. Problemet är att den kemiska strukturen hos metan är så stabil att den inte så lätt reagerar på andra ämnen. Än så länge, Metan har använts främst som bränsle för uppvärmning och transporter.

En hög temperatur över 600 ° C krävs för att åstadkomma en reaktion som förändrar metans kemiska struktur. Därför, en katalysator som har en stabil struktur och bibehåller reaktivitet i denna miljö krävs. Tidigare, vanadinoxid (V ₂ O ₂ ) och molybdenoxid (MoO ₃ ) var kända för att vara de bästa katalysatorerna. När dessa katalysatorer användes, formaldehydomvandlingen av metan var mindre än 10 procent.

Professor Ahn gjorde en katalysator som kunde omvandla metan till formaldehyd med hjälp av nanomaterial. Formaldehyd är en användbar resurs som ofta används som råvara för bakteriedödande medel, konserveringsmedel, funktionella polymerer och liknande.

Katalysatorn har en kärna-skalstruktur bestående av vanadinoxidnanopartiklar omgivna av en tunn aluminiumfilm, med aluminiumskalet som omger vanadinoxidpartiklarna. Skalet skyddar säden och håller katalysatorn stabil och bibehåller stabilitet och reaktivitet även vid höga temperaturer.

Faktiskt, när den katalytiska reaktionen testades med detta material, nanopartiklar av vanadinoxid utan aluminiumskal hade en strukturell förlust vid 600 °C. och förlorad katalytisk aktivitet. Dock, nanopartiklar tillverkade av kärna-skalstrukturer förblev stabila även vid höga temperaturer. Som ett resultat, effektiviteten av att omvandla metan till formaldehyd ökade med mer än 22 procent. Det gjorde metan till en användbar resurs med mer än dubbelt så effektiv.

"De katalytiska vanadinoxidnanopartiklarna är omgivna av en tunn aluminiumfilm, som effektivt förhindrar agglomerering och strukturell deformation av de inre partiklarna, " säger Euiseob Yang från Institutionen för kemiteknik vid UNIST deltog som första författare till denna studie. "Genom den nya strukturen att täcka atomskiktet med nanopartiklar, termisk stabilitet och reaktivitet på samma gång."

Denna forskning är särskilt anmärkningsvärd när det gäller förbättringar inom katalysatorområdet, som inte har gjort stora framsteg på 30 år. Den katalytiska tekniken för att producera formaldehyd i metan har inte gjort stora framsteg sedan den patenterades i USA 1987.

"Den högeffektiva katalysatorteknologin har utvecklats bortom gränserna för den teknik som har förblivit som en långvarig teknologi, ", säger professor Ahn. "Värdet är högt som nästa generations energiteknik som utnyttjar rikliga naturresurser."

Han lägger till, "Vi planerar att utöka katalysatortillverkningstekniken och katalysatorprocessen så att vi kan utöka våra prestationer på laboratorienivå industriellt. Katalysatortekniken har en betydande effekt på den kemiska industrin och bidrar till den nationella kemiska industrin. Jag vill utveckla en praktisk teknik som kan göra det."