Figur 1. Schematisk jämförelse, SEM-bilder, korrelationen mellan antalet ALD-cykler och partikelstorleken/populationen, och röntgenfotoelektronkurvor för proverna. (A) Konventionell lösning för LSTN och (B) motsvarande SEM-bild av LSTN. Skalstång, 500 nm. (C) Topotaktisk utlösning via ALD för LSTN-20C-Fe och motsvarande SEM-bild av (D) LSTN-20C-Fe efter reduktion. Skalstång, 500 nm. Kredit:Ulsan National Institute of Science and Technology
En ny nanokatalysator som återvinner stora växthusgaser, såsom koldioxid (CO 2 ) och metan (CH 4 ), till högt förädlat väte (H 2 ) gas har utvecklats. Denna katalysator förväntas i hög grad bidra till utvecklingen av olika tekniker för omvandling av avfall till energi, eftersom den har mer än dubbelt så stor omvandlingseffektivitet från CH 4 till H 2 , jämfört med de konventionella elektrodkatalysatorerna.
Ett forskarlag, ledd av professor Gun-Tae Kim vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST har utvecklat en ny metod för att förbättra prestanda och stabilitet hos katalysatorer, används i reaktionen (dvs. torrreformering av metan, DRM) som producerar H 2 och kolmonoxid (CO) från välkända växthusgaser, såsom CO 2 och CH 4 .
De konventionella katalysatorerna som används för torrreformering av metan (DRM) är nickel (Ni)-baserade metallkomplex. Över tid, dock, katalysatorernas prestanda försämras, så gör katalysatorns livslängd. Detta beror på att kol ackumuleras på ytan av katalysatorerna, eftersom katalysatorerna klumpar ihop sig eller deras reaktion upprepas vid en högre temperatur.
"Det enhetliga och kvantitativt kontrollerade lagret av järn (Fe) via atomlagerdeposition (ALD) underlättar den totaktiska utlösningen, ökande fint spridda nanopartiklar, " säger Sangwook Joo (Kombinerad MS/Ph.D. vid School of Energy and Chemical Engineering, UNIST), studiens första författare.
Forskargruppen bekräftade också att upplösning främjas även med en mycket liten mängd ALD-deponerad Fe-oxid (Fe) 2 O 3 ). "I synnerhet, vid 20 cykler av Fe-oxidavsättning via ALD, partikelpopulationen når över 400 partiklar (Ni-Fe-legeringar), " säger Arim Seong från School of Energy and Chemical Engineering, UNIST, den första medförfattaren till studien. "Eftersom dessa partiklar är sammansatta av Ni och Fe, de uppvisade också hög katalytisk aktivitet."
Figur 2. Katalytiska egenskaper för DRM. (A) Reagerat metan under DRM-reaktionen för LSTN, LSTN-10C-Fe, och LSTN-20C-Fe. (B) Aktiveringsenergin för metanreaktiviteten beräknad för LSTN, LSTN-10C-Fe, och LSTN-20C-Fe. (C) Tidsberoende av CH4-reaktivitet och H2/CO-förhållande för LSTN-20C-Fe i DRM vid 700 grader C. Kredit:Ulsan National Institute of Science and Technology
Den nya katalysatorn uppvisade hög katalytisk aktivitet för DRM-processen utan någon observerbar försämring av prestanda under mer än 410 timmars kontinuerlig drift. Deras resultat visade också en hög metanomvandling (över 70 %) vid 700 grader C. "Detta är mer än dubbelt så mycket effektomvandlingseffektivitet som för konventionella elektrodkatalysatorer, " noterade professor Kim. "Sammantaget, de rikliga legeringsnanokatalysatorerna via ALD markerar ett viktigt steg framåt i utvecklingen av exsolution och dess tillämpning på energianvändningsområdet."
