Новости химической науки > Нанокатализатор добавит газку

Разработанный в Университете Райс катализатор на основе наночастиц поможет автомобильным двигателям стать еще мощнее.

Изображение атомного строения наночастиц из оксида вольфрама (обозначены зелеными кружками), расположенных на поверхности оксида циркония. Другие окружности отмечают другие, менее активные формы оксида вольфрама. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2010, 132 (38), 13462)

Исследователи из группы Майкла Вонга (Michael Wong) сообщают, что субнаноразмерные кластеры оксида вольфрама, нанесенные на подложку из оксида циркония, являются эффективными катализаторами изомеризации н-пентана, приводящей к образованию разветвленных изомеров C5.

Хотя каталитические способности оксида вольфрама известны давно, Вонг полагает, что наночастицы на основе этого вещества могут существенно увеличить каталитическую активность WO₃.

После первоначального разделения нефти на нефтяные фракции – бензин, газолин, керосин и другие продукты фракции подвергаются крекингу – процессу, в ходе которого длинноцепочечные углеводороды расщепляются на молекулы, содержащие меньшее количество атомов углерода, которые более эффективны для использования в качестве моторного топлива. Наиболее эффективным видом крекинга в настоящее время является каталитический крекинг.

Вонг отмечает, что хотя нефтеперерабатывающие комбинаты, проводящие крекинг нефтепродуктов и пытаются разработать новые, более эффективные катализаторы, по сравнению с исследовательскими лабораториями, промышленность гораздо реже прибегает к новым катализаторам, основанным на исключительных свойствах наночастиц. Он добавляет, что пока прогресс в области нанотехнологий в большей степени связан с разработкой новых методов синтезе, анализа, физических и электронных свойств, но не с применением в рамках существующих крупномасштабных технологических процессах.

Вонг отмечает, что необходима разработка серии более эффективных катализаторов переработки нефтяного сырья, поскольку увеличение эффективности каталитического процесса дает надежду на уменьшение количества побочных продуктов и снижение энергетических затрат, что в конечном итоге позволит разработать более дешевые и безопасные методы переработки нефтяного сырья.

В исследовательской группе Вонга несколько лет работали над наиболее эффективным составом катализатора, состоящего из каталитически активного оксида вольфрама и каталитически инертного оксида циркония. Ключом к производительности нового катализатора было правильное распределение наночастиц оксида вольфрама на поверхности оксида циркония. Вонг отмечает, что при этом надо было придерживаться принципа «золотой середины» – количество оксида вольфрама не должно было быть не большим, не маленьким – исследователи стремились разместить наночастицы на подложке так, чтобы они не касались друг друга, полагая, что при таком подходе им удастся увеличить эффективность катализатора где-то в пять раз. Исследователям удалось добиться такого размещения наночастиц оксида вольфрама на подложке и получить катализатор изомеризации н-пентана в пять раз более эффективный, чем существующие.

Вонг уверен, что после того, как разработан точный подход к дизайну нового катализатора, этот катализатор вполне может использоваться для промышленной переработки углеводородов. Поскольку речь идет не о создании принципиально нового процесса, а лишь его компонента, Вонг предполагает, что новый катализатор может быть успешно инкорпорирован в существующие промышленные системы крекинга.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2010, 132 (38), 13462; DOI: 10.1021/ja105519y

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #неорганическая химия, #химическая технология, #химия поверхности