Resumo gráfico do estudo. Crédito:Anna Kurenkova et al. A utilização de gases com efeito de estufa é uma das direções mais populares da tendência global para a descarbonização – reduzindo a pegada de carbono da produção e das atividades humanas. No processo de conversão de dióxido de carbono em metano, os principais catalisadores utilizados hoje são ouro, platina e paládio, que são caros e complexos.
Um grupo de pesquisa da Skoltech, do Instituto Boreskov de Catálise (Filial Siberiano da Academia Russa de Ciências) e da Universidade Politécnica de Tomsk conduziu um experimento e provou que um novo fotocatalisador baseado em WB5-x -WB2 boreto de tungstênio e TiO2 o dióxido de titânio pode competir com metais nobres. Aumenta significativamente a eficiência das reações químicas e é muito mais barato que os catalisadores usados hoje.
Os resultados são apresentados em um novo estudo na Applied Surface Science Diário.
WB5-x , pentaboreto de tungstênio, foi sintetizado anteriormente como uma alternativa mais barata para cortadores de diamante usados em equipamentos de perfuração na indústria de petróleo e gás.
Os professores da Skoltech, Alexander Kvashnin, do Centro de Transição de Energia, e Artem R. Oganov, que dirige o Laboratório de Descoberta de Materiais, e seus colegas aproveitaram um algoritmo de máquina que previu a estabilidade do WB5 e, em seguida, obtiveram amostras por sinterização de tungstênio e boro em uma proporção de 1 para Proporção -7 em temperaturas de até 1.500 graus Celsius e pressões de até 7 gigapascais.
O método para sintetizar pentaboreto de tungstênio superduro foi posteriormente refinado em colaboração com a Universidade Politécnica de Tomsk, tornando sua produção mais eficiente e econômica.
“Identificamos propriedades que nos permitiram assumir que o pentaboreto de tungstênio não é apenas promissor para a produção de petróleo, mas também pode se tornar um bom catalisador. No passado, conhecíamos apenas a estrutura cristalina, informações de estabilidade e propriedades mecânicas do material.
"Nós nos esforçamos muito para prever a adsorção e as propriedades catalíticas do pentaboreto de tungstênio por meio de modelagem computacional e calcular as barreiras de reação. Em seguida, recorremos aos nossos colegas, que confirmaram os resultados experimentalmente", disse Aleksandra Radina, co-autora do estudo. autor e Ph.D. estudante do programa de Ciência de Materiais da Skoltech.
Pesquisadores da Universidade Politécnica de Tomsk sintetizaram um pó de boreto de tungstênio superior usando uma tecnologia desenvolvida anteriormente, enquanto seus colegas do Instituto de Catálise Boreskov usaram o material sintetizado como cocatalisador para duas reações – convertendo dióxido de carbono em metano e produzindo hidrogênio a partir de uma solução aquosa de etanol.
De acordo com os resultados, WB5-x -WB2 O boreto de tungstênio aumentou a eficiência da primeira reação por um fator de quatro e a da segunda por um fator de 23. Métodos de análise estrutural, como microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução, difração de raios X, espectroscopia de fotoelétrons de raios X e outros confirmaram o novo WB5-x -WB2 /TiO2 o catalisador é responsável pelo aumento da eficiência da reação. Estudos utilizando essas técnicas analíticas foram realizados no Instituto Boreskov de Catálise da Seção Siberiana da Academia Russa de Ciências.
"Os dados de simulação mostraram que o boreto de tungstênio superior deveria funcionar como um material catalisador ativo para a produção de hidrogênio a partir do etanol, e os resultados experimentais confirmaram nossas previsões. Como nosso material não foi considerado anteriormente como um catalisador, surge a questão da triagem de processos químicos , onde poderia provar ser um catalisador mais eficaz em comparação com os materiais tradicionais", disse o professor Kvashnin do Centro de Transição Energética da Skoltech, líder do estudo.
Como apontam os autores, o novo fotocatalisador pode ser eficaz não apenas nas reações consideradas acima. Mais importante ainda, a pesquisa abre uma nova direção para a aplicação de materiais baseados em boretos e carbonetos de metais de transição, incluindo os de alta entropia.
Atualmente, uma equipe de três organizações está explorando ativamente o uso de novos materiais em diversos processos catalíticos com aplicações em fotocatálise, petroquímica e assim por diante.
