新型催化劑促進頁岩氣轉化為燃料

銅（111）和鉑/銅表面反應中間體的STM成像。來源：Sykes

倫敦大學學院（UCL）和塔夫斯大學最新研究顯示，創新的使用鉑和銅合金催化劑，可以使頁岩氣中的甲烷可以轉化為烴類燃料。

眾所周知，鉑或鎳會破壞頁岩氣中甲烷的碳氫鍵，從而生成碳氫化合物燃料和其他許多有用的化學物質。然而，這一過程會引起「結焦」，金屬會被碳層包裹，從而阻礙表面繼續發生化學反應。

研究人員這次展示的新合金催化劑具有抗結焦的能力，因此它會持續保持催化劑的活性，這種特性導致它比其他材料需要更少的能量來破壞碳氫鍵。

目前，甲烷轉化過程需要比較大的能量輸入，需要約900攝氏度的溫度。這種新材料可以把反應溫度降低到400攝氏度，很大程度上節約了能源。

這項研究已經被發表在《自然化學》雜誌上，它展示了新型高稀釋鉑銅單原子合金的優點，這種合金可以從小的碳氫化合物中製造出有用的化學物質。

結合表面科學和催化實驗以及強大的計算技術，研究人員對這種新型合金的性能進行了研究。這些結果表明，鉑金打破了碳的氫鍵，銅幫助不同大小的碳氫化合物分子，這種新材料為甲烷轉換燃料鋪平了道路。

這項研究的共同作者，Michail Stamatakis教授（UCL化學工程），說：「我們利用超級計算機模擬出他們如何發生反應，展示出催化合金表面小分子鍵的斷裂與生成，並大範圍預測材料的性能。為此，我們需要訪問數百個處理器來模擬成千上萬的反應可能性。」

研究者使用計算機來跟蹤反應，Tufts的化學家和化學工程師進行了表面科學和微型反應堆實驗，用來證明在實際環境中，新的催化劑—鉑原子分散在銅表面上的可行性。他們發現單原子合金非常穩定，只需少量鉑即可工作。

這項研究的負責人塔夫斯大學藝術與科學學院Charles Sykes教授說：「眼見為實，我們的掃描隧道顯微鏡展示給我們單鉑原子排列在銅上。考慮到鉑的價格超過每盎司1000美元，而銅價僅僅為15美分，這麼做可以節省大量成本。

這個研究小組一起對結果表明，新型合金需要較少的能量，用來幫助打破甲烷和丁烷中碳原子和氫原子之間的鍵，並且這種合金耐結焦，為材料開闢了新的應用領域。

新型合金催化劑研究的共同作者、，塔夫斯大學工程學院化學與生物工程系著名教授Maria Flytzani Stephanopoulos說：「在表面科學實驗模擬催化劑都是遵循結構和反應性，這在原子尺度上是必不可少的，這是令人興奮的結果，它擴展了實際類似成分的納米催化劑的知識，並在實際條件下進行了測試，目的是使催化劑可以實現工業應用。

這個小組現在計劃開發更多的催化劑，這種催化劑對傳統和其他化學過程中使用的金屬具有同樣的抗結焦能力。

文章來自phys網站，原文題目為New catalyst for making fuels from shale gas，由材料科技在線匯總整理。

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