Cobalto

Un team dell’Università di Nanchino, dell’Università Normale di Hubei e dell’Università di Zhejiang ha sviluppato un catalizzatore di grafino drogato con cobalto per la decomposizione catalitica dell’ammoniaca (NH3) per generare H2. Il catalizzatore composito migliora significativamente la reattività e la stabilità della decomposizione dell'ammoniaca.

In un articolo sulla rivista Fuel, i ricercatori riferiscono che il catalizzatore di grafiina co-drogato ha raggiunto la decomposizione quasi completa dell'ammoniaca a 550 ˚C e il tasso di conversione è rimasto stabile per 18 ore di reazione continua.

Liu et al.

Graphdiyne (GDY) è un nuovo allotropo di carbonio bidimensionale (2D), simile al grafene. Tuttavia, mentre il grafene è un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo a nido d'ape 2D, la grafdiina è composta da atomi di carbonio sia sp2 che sp (sp e sp2 si riferiscono allo stato di ibridazione degli atomi di carbonio nelle molecole), formando una struttura unica con un gran numero di pori, che gli conferiscono un'elevata area superficiale, utile per applicazioni nello stoccaggio di energia e nella catalisi.

L'ammoniaca è per sua natura un trasportatore di idrogeno ad alta densità. Sebbene i catalizzatori di metalli nobili, come il rutenio, mostrino prestazioni catalitiche superiori nella decomposizione dell'ammoniaca, ovvero nel rilascio dell'idrogeno, il loro costo elevato rappresenta una sfida per un'applicazione diffusa, notano gli autori.

Al contrario, sono disponibili catalizzatori metallici a basso costo ma dimostrano effetti catalitici non ottimali. I catalizzatori a base di carbonio promuovono il trasferimento di elettroni interfacciali, migliorando i potenziali di adsorbimento e dissociazione dell'adsorbato NHx all'interfaccia. Tuttavia, come migliorare l’attività catalitica dei metalli non preziosi e dei catalizzatori compositi a base di carbonio, diminuire la temperatura di reazione e ottenere una comprensione fondamentale dei nuovi catalizzatori bidimensionali sono diventati una sfida importante.

Numerosi studi sono stati dedicati alla scoperta e all'espansione di nuovi materiali catalitici, con particolare attenzione alla grafiina. Graphdiyne è un nuovo materiale di carbonio bidimensionale che presenta un elevato potenziale di decomposizione catalitica dell'NH3, come dimostrato da studi teorici. La distribuzione irregolare della carica superficiale della grafdiina fornisce ampi siti attivi per reazioni catalitiche. Tipicamente, la grafitina ancorata ad atomi metallici viene utilizzata come catalizzatore per reazioni termochimiche. Tuttavia, l’effetto di interazione del carico di cobalto sulla grafiina nelle reazioni termiche, in particolare nelle prestazioni di decomposizione dell’ammoniaca, non è stato ancora studiato approfonditamente.

In questo lavoro, ci concentriamo sul caricamento di nanoparticelle di metalli non nobili su grafiina per studiare le interazioni catalitiche tra materiali di carbonio bidimensionali e metalli di transizione. In questo studio abbiamo scoperto che le prestazioni elevate di vari metalli di transizione caricati su grafdiina durante la decomposizione dell'ammoniaca possono essere attribuite alla dispersione delle particelle, alla riducibilità del metallo e alla composizione elementare del catalizzatore.

Per lo studio, il team ha sintetizzato una serie di fogli di grafite caricati con Co utilizzando un facile metodo di coprecipitazione a umido.

I calcoli DFT hanno chiarito che la fase determinante della velocità nella cinetica di reazione è la deidrogenazione delle specie NHx, non la ricombinazione dell'azoto come convenzionalmente inteso.

Il nostro studio evidenzia l’enorme potenziale dei catalizzatori grafinici drogati con metalli per una facile produzione di idrogeno tramite la decomposizione di NH3, consentendo un utilizzo sicuro e scalabile dell’idrogeno.

Risorse

Lishan Liu, Feng Gong, Yunlong Xie, Sijun Wang, Yu Qiu, Zhihua Wang, Rui Xiao (2023) "Produzione di idrogeno ad alta efficienza dalla decomposizione dell'ammoniaca su grafiina co-drogata a temperatura moderata", Carburante, Volume 354 doi: 10.1016/ j.carburante.2023.129320

Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang e Jin Zhang (2019) "Graphdiyne: sintesi, proprietà e applicazioni" Recensioni della Chemical Society doi: 10.1039/C8CS00773J

Pubblicato il 06 agosto 2023 in Ammoniaca, Catalizzatori, Idrogeno, Produzione di idrogeno, Stoccaggio di idrogeno, Contesto del mercato | Collegamento permanente | Commenti (0)