科学者がメタン排出を捕捉するナノシェル触媒を作成 – UBNow: UB 教職員向けのニュースと見解

UB主導の研究チームは、気候温暖化を引き起こすメタン排出を有用な商業製品に変えることを目的とした新しい触媒を開発している。

先月の記事で説明したこの作品は、 ネイチャーコミュニケーションズ天然ガスや原油の生産、畜産、埋め立て、石炭採掘など、メタンが副産物となる多くの産業に影響を与える可能性がある。

「メタンには、気候温暖化排出量の削減において、より直接的な影響を与える機会があります。 私たちは、この産業副産物を化学原料などの価値ある商品に変えるための費用対効果の高いソリューションに取り組んでいます」と筆頭著者でニューヨーク大学特別教授で工学部化学生物工学科長のマーク・T・スウィハート氏は言う。そして応用科学。

ニューヨーク州立大学エンパイア・イノベーション教授であり、UBのRENEW研究所の教員でもあるスウィハート氏は、この技術は半導体、バイオテクノロジー、電気化学、および新規で改良された材料を必要とするその他の分野で幅広い用途があると付け加えた。

スウィハートの研究室の博士課程候補者である Shuo Liu は、この研究の筆頭著者です。

共著者には、ローレンス バークレー国立研究所のメンバーである Jeffery J. Urban、Chaochao Dun、Jinghua Guo が含まれます。 実験中はバークレーにいたが、現在はブルックヘブン国立研究所で働いているフェイペン・ヤン氏。 中国のウェストレイク大学のQike Jiang氏。 とUB博士課程学生のZhengxi Xuanさん。

メタンは 2 番目に豊富な温室効果ガスであり、天然ガスの主成分です。 二酸化炭素の場合は数世紀に及ぶのに比べ、地球の大気中では数十年しか持続しませんが、メタンは 80 倍の熱を閉じ込めます。

科学者たちは何十年もの間、二酸化炭素を生成せずにメタンを有用な製品に変換する安価な方法を開発するのに苦労してきました。

考えられる解決策は、メタンと二酸化炭素の両方を化学原料に変換できる工業プロセスである乾式改質です。化学原料は、メーカーが他の製品を作成または加工するために使用できる原料です。

しかし、既存のニッケルベースの触媒は、触媒活性粒子が炭素堆積物で覆われたり（コークス化）、あるいはより大きく活性の低い粒子に結合したり（焼結）すると機能しなくなるため、メタンの乾式改質は商業的に実行可能ではない。 ほとんどの触媒は複雑な製造手順も必要とします。

これらの問題を克服するために、チームはスウィハートの研究室で開発された、触媒をワンステップで作成する独自の火炎反応器を利用しました。 このエアロゾルベースのプロセスにより、科学者たちはさまざまなニッケルベースの触媒を探索することができました。この場合、触媒はナノシェルと呼ばれる小さな球形の粒子です。

「鍵となるブレークスルーは、火炎エアロゾル合成法です」と Liu 氏は言います。 「これにより、従来の制限を克服し、他の方法ではアクセスできない新しい特性を備えた材料を作成できるようになります。」

この方法では、ニッケルナノ粒子が酸化アルミニウムシェルの表面ではなく細孔内に形成される、研究チームが「カプセル化エキソソリューション」と呼ぶプロセスによって、最高性能の触媒が生成された。 この現象は、より安定した材料の構築に役立ち、その結果、より耐久性のある触媒が作成されます。

実験では、摂氏800度で640時間にわたって、触媒はメタンと二酸化炭素の96％を目的の生成物に変換する効果を維持したと研究チームは報告した。 研究チームによると、その結果は従来の触媒を劇的に上回ったという。

この製造方法は、触媒の改良だけでなく、新しい材料が必要とされる他の分野にも進む道を示唆しています。 これには、薬物送達、センシングと検出、エネルギー貯蔵と変換、コーティングと表面改質剤が含まれる、とスウィハート氏は言う。

国立科学財団とエネルギー省はこの研究を支援する助成金を提供しました。

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2024-04-02 12:24:42