Forskare har tagit ett stort steg mot en cirkulär koldioxidekonomi genom att utveckla en långvarig, ekonomisk katalysator som återvinner växthusgaser till ingredienser som kan användas i bränsle, vätgas, och andra kemikalier. Resultaten kan vara revolutionerande i arbetet med att vända den globala uppvärmningen, enligt forskarna. Studien publicerades den 14 februari i Vetenskap .

"Vi bestämde oss för att utveckla en effektiv katalysator som kan omvandla stora mängder växthusgaser koldioxid och metan utan att misslyckas, "sa Cafer T. Yavuz, pappersförfattare och docent i kemisk och biomolekylär teknik och kemi vid KAIST.

Katalysatorn, tillverkad av billigt och rikligt nickel, magnesium, och molybden, initierar och påskyndar reaktionshastigheten som omvandlar koldioxid och metan till vätgas. Det kan fungera effektivt i mer än en månad.

Denna omvandling kallas "torrreformering, "där skadliga gaser, som koldioxid, bearbetas för att producera mer användbara kemikalier som kan förädlas för användning i bränsle, plast, eller till och med läkemedel. Det är en effektiv process, men det krävdes tidigare sällsynta och dyra metaller som platina och rodium för att framkalla en kort och ineffektiv kemisk reaktion.

Andra forskare hade tidigare föreslagit nickel som en mer ekonomisk lösning, men kolbiprodukter skulle byggas upp och ytananopartiklarna skulle binda ihop på den billigare metallen, grundläggande förändring av katalysatorns sammansättning och geometri och gör den värdelös.

"Svårigheten uppstår från bristen på kontroll på mängder av aktiva platser över de skrymmande katalysatorernas ytor eftersom alla förfinade förfaranden som försökt också förändrar katalysatorns natur, "Sa Yavuz.

Forskarna producerade nickel-molybden-nanopartiklar under en reducerande miljö i närvaro av en enda kristallin magnesiumoxid. När ingredienserna upphettades under reaktiv gas, nanopartiklarna rörde sig på den orörda kristallytan och sökte förankringspunkter. Den resulterande aktiverade katalysatorn förseglade sina egna aktiva platser med hög energi och fixerade permanent platsen för nanopartiklarna-vilket innebär att den nickelbaserade katalysatorn inte kommer att bilda kol, inte heller kommer ytpartiklarna att binda till varandra.

"Det tog oss nästan ett år att förstå den bakomliggande mekanismen, "sa författaren Youngdong Song, en doktorand vid Institutionen för kemisk och biomolekylär teknik vid KAIST. "När vi väl studerade alla kemiska händelser i detalj, vi blev chockade. "

Forskarna kallade katalysatorn Nanokatalysatorer på Single Crystal Edges (NOSCE). Magnesiumoxid-nanopulveret kommer från en fint strukturerad form av magnesiumoxid, där molekylerna binder kontinuerligt till kanten. Det finns inga avbrott eller defekter i ytan, möjliggör enhetliga och förutsägbara reaktioner.

"Vår studie löser ett antal utmaningar som katalysatorsamhället står inför, "Yavuz sa." Vi tror att NOSCE -mekanismen kommer att förbättra andra ineffektiva katalytiska reaktioner och ge ytterligare besparingar av växthusgasutsläpp. "