Washington State University forskare har gjort ett viktigt första steg för att ekonomiskt omvandla växtmaterial till bränslen:att hålla järn från att rosta.

Forskarna har bestämt hur järn ska rosta i viktiga kemiska reaktioner som behövs för att omvandla växtmaterial till bränslen, vilket innebär att det billiga och lättillgängliga elementet kan användas för kostnadseffektiv omvandling av biobränslen.

Leds av Yong Wang, Voiland Distinguished Professor i Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, och Shuai Wang från State Key Laboratory for Physical Chemistry of Solid Surfaces vid Xiamen University, forskarna rapporterar om sitt arbete på omslaget till juli -numret av ACS -katalys .

Forskare har försökt hitta effektivare sätt att skapa bränslen och kemikalier från förnybara växtbaserade resurser, som från alger, grödor, eller skogsrester. Men, dessa biobaserade bränslen tenderar att vara dyrare med mindre energitäthet än fossila bränslen.

Ett stort hinder för att använda växtbaserade råvaror för bränsle är att syre måste avlägsnas från dem innan de kan användas.

"Du vill använda den billigaste katalysatorn för att ta bort syret, "sa Jean-Sabin McEwen, en medförfattare på tidningen och docent vid Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering. "Järn är ett bra val eftersom det är mycket gott."

Järnbaserade katalysatorer visar stort löfte för att kunna ta bort syre, men eftersom växtmaterialet också innehåller syre, järnet oxiderar, eller rostar, under reaktionen, och sedan slutar reaktionen att fungera. Tricket är att få järnet att ta bort syret från växterna utan att ta upp så mycket syre att reaktionen stoppas.

I deras arbete, forskarna förankrade sin järnkatalysator med en kolstruktur som modifierades för att införliva kväve. Strukturen ändrar järnets egenskaper, så att det interagerar mindre med syre medan det fortsätter att göra det nödvändiga arbetet med att ta bort syre från växtmaterialet. Forskarna använde kvävet som ett slags kontrollratt för att justera järnets interaktion med syre.

I en annan nyligen publicerad artikel i Kemisk vetenskap ledd av Yong Wang och Junming Sun, forskarassistent vid Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, forskarna upptäckte en hållbar järnbaserad katalysator med ett tunt kolgrafenskikt runt den. Grafenskiktet skyddade järnet medan cesiumjoner tillät forskarna att skräddarsy dess elektroniska egenskaper för den önskade reaktionen.

"Vi slog ner syrereaktionen, "Solen sa." Genom att skydda järn och justera dess egenskaper, dessa verk ger den vetenskapliga grunden för att använda rikligt och kostnadseffektivt järn på jorden som katalysatorer för omvandling av biomassa. "

Forskarna arbetar nu för att bättre förstå reaktionernas kemi, så att de ytterligare kan öka järnkatalysatorernas reaktivitet. De kommer också att behöva prova sina katalysatorer med riktiga råvaror istället för modellföreningarna som används för studien. Råvarorna som samlas in från gårdsfält kommer att vara mer komplicerade i sina sammansättningar med mycket orenheter, och forskarna skulle också behöva integrera sin katalysator i en serie steg som används i omvandlingsprocessen.

"Vi försöker göra omställningen så ekonomiskt som möjligt, "Wang sa." Nyckeln är att försöka hitta robusta katalysatorer baserade på lågkostnad, jord rikliga element. Det här är ett första steg i den riktningen. "