Ученые Института катализа СО РАН
при поддержке Российского
научного фонда работают над повышением эффективности катализаторов на основе
перовскитов – кристаллических структур с высокой кислородной подвижностью. Эти
катализаторы применяются в топливных химических элементах, а также перспективны
для окисления парникового газа метана.
Перовскит – соединение с кристаллической решеткой,
близкой к кубической, в которую можно встроить до 90 % известных химических
элементов. За счет своей структуры перовскиты высокоустойчивы и демонстрируют
широкий спектр химико-физических свойств. Благодаря особенностям
кристаллической структуры они перспективны как для использования в топливных
элементах, так и для окисления метана – парникового газа, выбросы которого в
мире составляют порядка 80 млн тонн в год.
Метан в составе попутных нефтяных газов обычно
сжигается на месторождениях. В результате горения без катализатора в атмосферу
попадают вредные монооксид углерода и оксиды азота. Системы из перовскита
позволили бы окислять метан до условно безопасного углекислого газа и воды. В
Институте катализа СО РАН создали ряд перовскитов на основе лантана с хорошими
каталитическими свойствами в реакции полного окисления метана, и в ходе нового
гранта РНФ исследуют, какими способами можно повысить их эффективность.
Картирование металлов в структуре
перовскита после термической обработки (до и после).
«Цель нашего исследования –
модифицировать перовскиты „мягкими“ методами предобработки, например, прокаливанием
в определенных средах. С помощью предобработки структура соединения изменяется,
и на его поверхность выходят активные каталитические формы – катионы переходных
металлов, такие как марганец, железо, кобальт. Если выделить их на поверхность
перовскита, то его каталитическая активность в процессе окисления метана должна
повыситься», – рассказывает автор исследования, ведущий научный сотрудник
отдела исследования катализаторов ИК СО РАН, к.ф.-м.н. Евгений
Герасимов.
По словам ученого, пока перовскитные катализаторы
окисления метана на промышленном уровне не используют, а тестируют в меньших
масштабах. Коммерческие системы разложения метана есть, но они обычно состоят
из катализаторов на основе драгоценных металлов. Перовскитные аналоги могут
оказаться более выгодными за счет меньшей стоимости и большей термической
стабильности.
Еще одна сфера применения перовскитов –
твердооксидные топливные элементы, в которых они играют роль электродных
материалов. Область рабочих температур таких элементов более 600 °С, и это
позволяет использовать в качестве топлива не только водород, но и углеводороды,
в частности метан. Но, как отмечает Евгений Герасимов, перед тем как создавать
прототип такой топливной ячейки, необходимо протестировать термостабильность и
устойчивость перовскитов в агрессивных средах.
Источник: ФИЦ «Институт
катализа СО РАН».