Российские химики из РХТУ им. Д.И. Менделеева предложили новый способ получения каталитического материала для конверсии природного газа из доступного сырья — молибденовой сини. Ученые показали, что разработанные ими образцы обладают высокой активностью. Результаты работы опубликованы в журнале Nanomaterials.
При сгорании водорода не образуются парниковые газа, а топливные элементы, работающие на его основе, генерируют электричество с очень высоким КПД, и поэтому водород считают очень перспективным топливном. Его современное промышленное производство основано на совместной конверсии природного газа вместе с водяным паром, проводимой при 1000 °C, но более экологичный способ – это углекислотная конверсия метана, сырьем в которой работают сразу два парниковых газа – СН4 и СО2. К сожалению, катализаторы паровой конверсии в этом процессе дезактивируются и разрушаются, а использование универсальных катализаторов на основе металлов платиновой группы (Pt, Pd, Rh) тоже невозможно по целому ряду причин. Перспективный кандидат для катализаторов углекислотной конверсии метана — это карбид молибдена (Mo2C). Его каталитическая активность в реакциях с участием лёгких углеводородов сопоставима с платиной, а цена гораздо ниже. Кроме того, карбид молибдена устойчив к распространённым каталитическим ядам –углеродным отложениями серосодержащим соединениям, что делает катализаторы на его основе устойчивыми при длительной работе. В РХТУ карбид молибдена предлагают получать с помощью метода жидкофазного синтеза из молибденовых синей (так называют дисперсии кластерных соединений молибдена и кислорода). В работе ученые проводили синтез Mo2C в несколько стадий. Сначала они получили сами молибденовые сини за счет восстановления раствора гептамолибдата аммония аскорбиновой кислотой в присутствии соляной кислоты. А потом молибденовые сини высушили и термически разложили при температуре 750 — 800 °С, в результате чего образовался карбид молибдена. «Основным отличием работ, проводимых нашей научной группой, является комплексный подход, — отмечает один из авторов работы, доцент кафедры коллоидной химии РХТУ, НатальяГаврилова. — Фактически мы занимаемся не просто синтезом высокодисперсных частиц, а изучаем каждую стадию получения каталитических систем, что позволяет, установив основные фундаментальные закономерности, синтезировать продукт с заданными свойствами — то есть карбид молибдена с высокой каталитической активностью». В работе исследователи изменяли соотношение молибденсодержащего вещества и восстановителя на первой стадии синтеза и изучали структуру как получающихся молибденовых синей, так и самого карбида молибдена, синтезируемого потом из красителя. Каталитическую активность Mo2C оценивали, проводя реакцию конверсии метана CH4 природного газа) и CO2 в газообразную смесь H2, CO и H2O, то есть синтез-газ. Было показано, что уже при температуре 850 °С степень конверсии метана составляет 100%, а наибольшей каталитической активностью обладают образцы, синтезированные при низком содержании восстановителя в начальной смеси: с ними конверсия CH4 и CO2 в синтез-газ происходит быстрей всего.