코발트

난징대학교, 후베이 사범대학교, 저장대학교 연구팀은 암모니아(NH3)를 촉매적으로 분해하여 H2를 생성하는 코발트가 첨가된 그래핀 촉매를 개발했습니다. 복합촉매는 암모니아 분해의 반응성과 안정성을 크게 향상시킵니다.

Fuel 저널에 실린 논문에서 연구진은 공동 도핑된 그래핀 촉매가 550°C에서 거의 완전한 암모니아 분해를 달성했으며 전환율은 18시간 연속 반응 동안 안정적으로 유지되었다고 보고했습니다.

Liu et al.

Graphdiyne(GDY)은 그래핀과 유사한 새로운 2차원(2D) 탄소 동소체입니다. 그러나 그래핀은 탄소 원자가 2차원 벌집형 격자로 배열된 단일층인 반면, 그래핀은 sp2와 sp 탄소 원자(sp와 sp2는 분자 내 탄소 원자의 혼성화 상태를 말한다)로 구성돼 독특한 구조를 이룬다. 기공이 많아 표면적이 넓어 에너지 저장 및 촉매 응용 분야에 유용합니다.

암모니아는 본질적으로 고밀도 수소 운반체입니다. 루테늄과 같은 귀금속 촉매는 암모니아 분해, 즉 수소 방출에서 우수한 촉매 성능을 나타내지만, 높은 비용은 광범위한 적용에 어려움을 겪고 있다고 저자는 지적합니다.

반대로, 저렴한 금속 촉매를 사용할 수 있지만 최적이 아닌 촉매 효과를 보여줍니다. 탄소 기반 촉매는 계면 전자 이동을 촉진하여 계면에서 NHx 흡착물의 흡착 및 해리 가능성을 향상시킵니다. 그러나 비귀금속 및 탄소계 복합촉매의 촉매 활성을 어떻게 향상시키고, 반응 온도를 낮추며, 새로운 2차원 촉매에 대한 근본적인 이해를 얻는 것이 중요한 과제가 되었습니다.

특히 graphdiyne에 중점을 두고 새로운 촉매 물질을 발견하고 확장하기 위해 수많은 연구가 진행되었습니다. Graphdiyne은 이론적 연구에서 입증된 바와 같이 촉매적 NH3 분해에 대한 높은 잠재력을 나타내는 새로운 2차원 탄소 소재입니다. 그래디인의 고르지 못한 표면 전하 분포는 촉매 반응을 위한 충분한 활성 부위를 제공합니다. 일반적으로 금속 원자로 고정된 그래핀은 열화학 반응의 촉매로 사용됩니다. 그러나 열반응, 특히 암모니아 분해 성능에서 그래핀에 대한 코발트 로딩의 상호 작용 효과는 아직 광범위하게 연구되지 않았습니다.

본 연구에서는 2차원 탄소 물질과 전이 금속 사이의 촉매 상호 작용을 조사하기 위해 그래프디인에 비귀금속 나노입자를 로딩하는 데 중점을 둡니다. 우리는 본 연구에서 암모니아 분해 과정에서 그래디인에 탑재된 다양한 전이 금속의 높은 성능이 입자 분산, 금속 환원성 및 촉매의 원소 구성에 기인할 수 있음을 발견했습니다.

연구를 위해 팀은 손쉬운 습식 공침 방법을 사용하여 일련의 공동 로드 그래핀 시트를 합성했습니다.

DFT 계산은 반응 동역학의 속도 결정 단계가 NHx 종의 탈수소화이며, 전통적으로 이해된 바와 같이 질소의 재결합이 아니라는 것을 밝혀냈습니다.

우리의 연구는 안전하고 확장 가능한 수소 활용을 가능하게 하는 NH3 분해를 통한 손쉬운 수소 생산을 위한 금속 도핑된 그래핀 촉매의 엄청난 잠재력을 강조합니다.

자원

Lishan Liu, Feng Gong, Yunlong Xie, Sijun Wang, Yu Qiu, Zhihua Wang, Rui Xiao (2023) "적당한 온도에서 공동 도핑된 그래핀을 통한 암모니아 분해로부터 고효율 수소 생산," 연료, 354권 ​​doi: 10.1016/ j.fuel.2023.129320

Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang 및 Jin Zhang (2019) "Graphdiyne: 합성, 특성 및 응용" Chemical Society Reviews doi: 10.1039/C8CS00773J

2023년 8월 6일에 게시됨: 암모니아, 촉매, 수소, 수소 생산, 수소 저장, 시장 배경 | 고유링크 | 댓글 (0)