Платина и карбид молибдена помогли получить водород при 40 градусах Цельсия

Китайские химики разработали новый материал для катализа реакции получения водорода из воды и угарного газа. Катализатор состоит из карбида молибдена, на поверхности которого расположены одиночные атомы платины, и с его помощью можно получать водород при температуре всего сорок градусов Цельсия. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Реакция водяного пара c монооксидом углерода (CO + H2O = CO2 + H2) — промышленно важный процесс получения чистого водорода. Чтобы увеличить выход водорода, используют различные катализаторы, и ученые постоянно в поиске оптимального варианта. Хорошую эффективность демонстрируют катализаторы из наночастиц благородных металлов, нанесенных на оксидную или карбидную матрицу, но у ученых до недавнего времени не было единого мнения о том, как они работают. Одни эксперименты показывали, что главную роль в катализе играют одиночные атомы благородных металлов на поверхности катализатора, другие — что эффективнее работают включения из нескольких расположенных рядом атомов, третьи — что ключевым фактором является концентрация включений, а количество атомов в них не играет особой роли.

Разобраться в этом вопросе и получить катализатор с недостижимой ранее эффективностью сумели китайские химики под руководством Дина Ма (Ding Ma) из Пекинского университета, У Чжоу (Wu Zhou) из Университета Китайской академии наук и Чуаня Ши (Chuan Shi) из Далянского технологического университета. Их новый катализатор состоит из частиц карбида молибдена с добавками платины, в нем одновременно содержатся и изолированные атомы платины Pt1 и кластеры из нескольких атомов платины Ptn.

Чтобы получить катализатор, сначала ученые синтезировали карбид молибдена МоС, нагрев оксид молибдена в атмосфере метана и водорода. После этого на поверхность нанесли платину: порошок MoC обрабатывали потоком смеси азота и водорода, затем смешивали с водным раствором H2PtCl6 и медленно нагревали до 490 градусов Цельсия в атмосфере водорода. Варьируя концентрацию H2PtCl6, авторы получали композиты Pt-MoC с разным количеством платины на поверхности: всего было получено три серии образцов с содержанием платины от 0,2, 2 и 8 процентов.

Результаты сканирующей просвечивающей электронной микроскопии и XAFS-спектроскопии показали, что на поверхности катализатора с 0,2 процентами платины находились только изолированные атомы платины Pt— в среднем 9 штук на 100 квадратных нанометров поверхности. В образцах с 2 и 8 процентов платины количество изолированных атомов платины было больше — 42 и 80 на 100 квадратных нанометров поверхности соответственно. Кроме тогообразцы с 2 процентами платины содержали кластеры субнанометрового размера из нескольких атомов платины Ptn, а образцы с 8 процентами платины — еще и более крупные кластеры нанометрового размера.

Добавить комментарий

*

15 − пять =