Figura 1. Comparación esquemática, Imágenes SEM, la correlación entre el número de ciclos de ALD y el tamaño de partícula / población, y curvas de fotoelectrones de rayos X para las muestras. (A) Solución convencional para LSTN y (B) imagen SEM correspondiente de LSTN. Barra de escala, 500 nm. (C) Exsolución topotáctica a través de ALD para LSTN-20C-Fe y la imagen SEM correspondiente de (D) LSTN-20C-Fe después de la reducción. Barra de escala, 500 nm. Crédito:Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
Un nuevo nanocatalizador que recicla los principales gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono (CO 2 ) y metano (CH 4 ), en hidrógeno de alto valor añadido (H 2 ) se ha desarrollado gas. Se espera que este catalizador contribuya en gran medida al desarrollo de diversas tecnologías de conversión de residuos en energía, ya que tiene más del doble de eficiencia de conversión de CH 4 a H 2 , en comparación con los catalizadores de electrodos convencionales.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Gun-Tae Kim en la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST ha desarrollado un método novedoso para mejorar el rendimiento y la estabilidad de los catalizadores, utilizado en la reacción (es decir, reformado en seco de metano, DRM) que produce H 2 y monóxido de carbono (CO) de conocidos gases de efecto invernadero, como CO 2 y CH 4 .
Los catalizadores convencionales utilizados para el reformado en seco de metano (DRM) son complejos metálicos a base de níquel (Ni). Tiempo extraordinario, sin embargo, el rendimiento de los catalizadores se degrada, también lo hace la vida útil del catalizador. Esto se debe a que el carbono se acumula en la superficie de los catalizadores, a medida que los catalizadores se agrupan o su reacción se repite a una temperatura más alta.
"La capa uniforme y cuantitativamente controlada de hierro (Fe) a través de la deposición de la capa atómica (ALD) facilita la exsolución topotáctica, aumentando las nanopartículas finamente dispersas, "dice Sangwook Joo (Maestría / Doctorado Combinado en la Escuela de Energía e Ingeniería Química, UNIST), el primer autor del estudio.
El equipo de investigación también confirmó que la exsolución se promueve incluso con una cantidad muy pequeña de óxido de Fe depositado en ALD (Fe 2 O 3 ). "Notablemente, a 20 ciclos de deposición de óxido de Fe a través de ALD, la población de partículas alcanza más de 400 partículas (aleaciones de Ni-Fe), "dice Arim Seong de la Escuela de Ingeniería Química y Energética, UNISTA, el primer coautor del estudio. "Como estas partículas están compuestas de Ni y Fe, también exhibieron una alta actividad catalítica ".
Figura 2. Propiedades catalíticas del DRM. (A) El metano reaccionó durante la reacción DRM para LSTN, LSTN-10C-Fe, y LSTN-20C-Fe. (B) La energía de activación de la reactividad del metano calculada para LSTN, LSTN-10C-Fe, y LSTN-20C-Fe. (C) Dependencia del tiempo de la reactividad del CH4 y la relación H2 / CO para LSTN-20C-Fe en DRM a 700 grados C. Crédito:Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
El nuevo catalizador exhibió una alta actividad catalítica para el proceso de DRM sin degradación observable en el rendimiento durante más de 410 horas de operación continua. Sus resultados también mostraron una alta conversión de metano (más del 70%) a 700 grados C. "Esto es más del doble de la eficiencia de conversión de energía que los catalizadores de electrodo convencionales, "señaló el profesor Kim." En general, los abundantes nanocatalizadores de aleación a través de ALD marcan un importante paso adelante en la evolución de la exsolución y su aplicación al campo de la utilización de energía ".
