Kobalt

Ein Team der Nanjing University, der Hubei Normal University und der Zhejiang University hat einen mit Kobalt dotierten Graphdiin-Katalysator für die katalytische Zersetzung von Ammoniak (NH3) zur Erzeugung von H2 entwickelt. Der Verbundkatalysator erhöht die Reaktivität und Stabilität der Ammoniakzersetzung erheblich.

In einem Artikel in der Zeitschrift Fuel berichten die Forscher, dass der Co-dotierte Graphdiin-Katalysator eine nahezu vollständige Zersetzung von Ammoniak bei 550 °C erreichte und die Umwandlungsrate über 18 Stunden kontinuierlicher Reaktion stabil blieb.

Liu et al.

Graphdiyne (GDY) ist ein neues zweidimensionales (2D) Kohlenstoffallotrop, ähnlich wie Graphen. Während Graphen jedoch eine einzelne Schicht aus Kohlenstoffatomen ist, die in einem zweidimensionalen Wabengitter angeordnet sind, besteht Graphdiin sowohl aus sp2- als auch aus sp-Kohlenstoffatomen (sp und sp2 beziehen sich auf den Hybridisierungszustand von Kohlenstoffatomen in Molekülen) und bildet eine einzigartige Struktur mit a Die große Anzahl an Poren verleiht ihm eine große Oberfläche – nützlich für Anwendungen in der Energiespeicherung und Katalyse.

Ammoniak ist von Natur aus ein Wasserstoffträger hoher Dichte. Während Edelmetallkatalysatoren wie Ruthenium eine überlegene katalytische Leistung bei der Ammoniakzersetzung – also der Freisetzung von Wasserstoff – zeigen, stellen ihre hohen Kosten eine Herausforderung für eine breite Anwendung dar, stellen die Autoren fest.

Umgekehrt sind kostengünstige Metallkatalysatoren erhältlich, die jedoch eine suboptimale katalytische Wirkung zeigen. Katalysatoren auf Kohlenstoffbasis fördern den Elektronentransfer an der Grenzfläche und erhöhen so das Adsorptions- und Dissoziationspotential des NHx-Adsorbats an der Grenzfläche. Allerdings ist es zu einer großen Herausforderung geworden, die katalytische Aktivität von unedlen Metallen und Verbundkatalysatoren auf Kohlenstoffbasis zu steigern, die Reaktionstemperatur zu senken und ein grundlegendes Verständnis neuartiger zweidimensionaler Katalysatoren zu erlangen.

Zahlreiche Studien widmeten sich der Entdeckung und Erweiterung neuer Katalysatormaterialien, mit besonderem Schwerpunkt auf Graphdiin. Graphdiyne ist ein neuartiges zweidimensionales Kohlenstoffmaterial, das ein hohes Potenzial für die katalytische NH3-Zersetzung aufweist, wie theoretische Studien belegen. Die ungleichmäßige Oberflächenladungsverteilung von Graphdiin bietet zahlreiche aktive Zentren für katalytische Reaktionen. Typischerweise wird mit Metallatomen verankertes Graphdiin als Katalysator für thermochemische Reaktionen eingesetzt. Der Wechselwirkungseffekt der Kobaltbeladung mit Graphdiin bei thermischen Reaktionen, insbesondere bei der Ammoniakzersetzungsleistung, wurde jedoch noch nicht umfassend untersucht.

In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf die Beladung von Graphdiin mit Nichtedelmetall-Nanopartikeln, um die katalytischen Wechselwirkungen zwischen zweidimensionalen Kohlenstoffmaterialien und Übergangsmetallen zu untersuchen. In dieser Studie haben wir herausgefunden, dass die hohe Leistung verschiedener auf Graphdiin geladener Übergangsmetalle während der Ammoniakzersetzung auf die Partikeldispersion, die Metallreduzierbarkeit und die Elementarzusammensetzung des Katalysators zurückzuführen ist.

Für die Studie synthetisierte das Team eine Reihe von co-beladenen Graphdiin-Blättern mithilfe einer einfachen Nass-Co-Fällungsmethode.

DFT-Rechnungen verdeutlichten, dass der geschwindigkeitsbestimmende Schritt in der Reaktionskinetik die Dehydrierung von NHx-Spezies ist und nicht die Rekombination von Stickstoff, wie herkömmlicherweise angenommen wird.

Unsere Studie unterstreicht das enorme Potenzial metalldotierter Graphdiin-Katalysatoren für die einfache Wasserstoffproduktion durch NH3-Zersetzung und ermöglicht so eine sichere und skalierbare Wasserstoffnutzung.

Ressourcen

Lishan Liu, Feng Gong, Yunlong Xie, Sijun Wang, Yu Qiu, Zhihua Wang, Rui Xiao (2023) „Hocheffiziente Wasserstoffproduktion aus der Ammoniakzersetzung über Co-dotiertem Graphdiyne bei mäßiger Temperatur“, Fuel, Band 354 doi: 10.1016/ j.fuel.2023.129320

Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang und Jin Zhang (2019) „Graphdiyne: Synthese, Eigenschaften und Anwendungen“ Chemical Society Reviews doi: 10.1039/C8CS00773J

Gepostet am 06. August 2023 in Ammoniak, Katalysatoren, Wasserstoff, Wasserstoffproduktion, Wasserstoffspeicherung, Markthintergrund | Permalink | Kommentare (0)