(Phys.org)—Svavelföreningar i petroleumbränslen har uppfyllt sin nanostrukturerade match. University of Illinois forskare utvecklade mattor av metalloxid nanofibrer som skrubbar svavel från petroleumbaserade bränslen mycket mer effektivt än traditionella material. Sådan effektivitet kan sänka kostnaderna och förbättra prestandan för bränslebaserad katalys, avancerade energitillämpningar och avlägsnande av giftig gas.

Leds av Mark Shannon, professor i mekanisk vetenskap och teknik vid U. of I. fram till sin död i höst, och kemiprofessor Prashant Jain, forskarna visade sitt material i tidskriften Naturens nanoteknik .

Svavelföreningar i bränslen orsakar problem på två fronter:De släpper ut giftiga gaser vid förbränning, och de skadar metaller och katalysatorer i motorer och bränsleceller. De tas vanligtvis bort med en flytande behandling som adsorberar svavlet från bränslet, men processen är besvärlig och kräver att bränslet kyls och återupphettas, gör bränslet mindre energieffektivt.

För att lösa dessa problem, forskare har vänt sig till fasta metalloxidadsorbenter, men de har sina egna utmaningar. Medan de arbetar vid höga temperaturer, eliminerar behovet av att kyla och värma upp bränslet, deras prestanda begränsas av stabilitetsproblem. De tappar sin aktivitet efter bara några cykler av användning.

Tidigare studier har visat att svaveladsorption fungerar bäst på ytan av fasta metalloxider, så doktoranden Mayank Behl, från Jains grupp, och Junghoon Yeom, sedan postdoktor i Shannons grupp, för att skapa ett material med maximal yta. Lösningen:små korn av zinktitanat spunnet till nanofibrer, förenar hög yta, hög reaktivitet och strukturell integritet i en högpresterande svaveladsorbent.

Nanofibermaterialet är mer reaktivt än samma material i bulkform, möjliggör fullständigt svavelavlägsnande med mindre material, möjliggör en mindre reaktor. Materialet förblir stabilt och aktivt efter flera cykler. Vidare, den fibrösa strukturen ger materialet immunitet mot problemet med sintring, eller klumpar, som plågar andra nanostrukturerade katalysatorer.

"Våra nanostrukturerade fibrer sintrar inte, ", sade Jain. "Den fibrösa strukturen rymmer alla termofysiska förändringar utan att resultera i någon nedbrytning av materialet. Faktiskt, under driftsförhållanden, nanogrenar växer från moderfibrerna, förbättra ytan under drift."

Jains grupp kommer att fortsätta att undersöka de förbättrade egenskaperna hos nanofiberstrukturer, i hopp om att få en förståelse på atomär nivå av vad som gör materialet så effektivt.

"Vi är intresserade av att ta reda på de atomära platserna på ytan av materialet där vätesulfiden adsorberar, sa Jain, som också är knuten till Beckman Institute for Advanced Science and Technology vid U. of I. "Om vi ​​kan veta identiteten på dessa platser, vi skulle kunna konstruera ett ännu effektivare adsorbentmaterial. Den atomära eller nanoskaliga insikten vi får från detta materialsystem kan vara användbar för att designa andra katalysatorer i tillämpningar för förnybar energi och giftig gasborttagning."