Наночастицы серебра и нитрид бора помогут избавить выхлопы от угарного газа

Наночастицы серебра и нитрид бора помогут избавить выхлопы от угарного газа

Ученые НИТУ "МИСиС" разработали новый гибридный катализатор для окисления угарного газа, состоящий из гексагонального нитрида бора и серебряных наночастиц. Этот материал позволяет добиться полной конверсии угарного газа всего при 194 градусах Цельсия. Пока это значение уступает рекордным показателям, однако в будущем температуру катализа планируется снизить за счет увеличения концентрации серебра в гибридном материале, пишут ученые в Journal of Catalysis.

Монооксид углерода (или угарный газ) - один из наиболее вредных для человека газов, содержащихся в промышленных газовых выбросах. Он образуется, в том числе, при сжигании топлива во время работы автомобильных двигателей. Для избавления автомобильных выхлопов от монооксида углерода используют каталитические конвертеры, которые за счет каталитических реакций окисляют его до нетоксичного диоксида азота. Однако из-за повышения эффективности современных двигателей, которое сопровождается уменьшением температуры выхлопных газов, катализаторы резко теряют эффективность, в результате чего содержание угарного газа в них повышается.

Для борьбы с этим эффектом химики активно ищут новые типы катализаторов для окисления CO, которые могут работать и при относительно невысоких температурах - в районе 150-200 градусов Цельсия. Например, недавно американские ученые получили катализатор для окисления угарного газа на отдельных атомах платины, распределенных по поверхности оксида церия. Некоторые материалы позволяют окислять CO с более низкой степенью конверсии и при температурах ниже 100 градусов.

Группа химиков из России и Австралии под руководством профессора Дмитрия Гольберга из НИТУ "МИСиС" нашла новый эффективный катализатор, который можно использовать для конверсии угарного газа. Ученые показали, что для этой цели перспективны гибридные материалы на основе гексагонального нитрида бора и серебряных наночастиц. Аналогичные материалы, в которых нитрид бора служил матрицей-носителем для металлических наночастиц катализатора, уже предлагали использовать в том числе и для окисления угарного газа, однако раньше в качестве металлов выбирали в первую очередь золото и платину.

Оказалось, что эффективным катализатором могут быть гибридные материалы и с более дешевыми серебряными наночастицами. Для их получения химики использовали реакцию разложения нитрата серебра под действием ультрафиолета в растворе полиэтиленгликоля. Такой подход позволяет получить монодисперсные частицы серебра размером до 10 нанометров, которые равномерно осаждаются на поверхность слоистого нитрида бора и на полимерную матрицу полиэтиленгликоля.

Схема синтеза наногибридного катализатора из слоистого нитрида бора, серебряных наночастиц и полиэтиленгликоля

Наиболее эффективным с точки зрения катализа оказались материалы с максимальной концентрацией серебряных наночастиц, которая составила около 1,4 процента по массе. Такой гибридный катализатор позволяет окислять угарный газ до углекислого при температуре 194 градусов Цельсия. Этот показатель пока далек от рекордных значений, однако по словам авторов работы, в будущем температуру работы катализатора можно снизить за счет увеличения концентрации наночастиц серебра, в частности, за счет перевода их из полимерной матрицы на нитрид бора.

Структура гибридного катализатора из слоистого нитрида бора и серебряных наночастиц (отмечены красным на левой микрофотографии

Тем не менее, ученые отмечают, что и текущие параметры катализаторов позволяют использовать их уже сейчас, например, для систем очистки вредных выбросов на заводах. В будущем за счет снижения температуры конверсии угарного газа подобные материалы, вероятно, можно будет применять и для снижения доли монооксида углерода в автомобильных выхлопах

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" в 2018 году отмечает 100-летие со дня основания Московской горной академии, преемником которой является. Сегодня НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет входит в предметные рейтинги THE, QS и ARWU сразу по шести направлениям, занимая 30-е место в мире по направлению "Инжиниринг - Горное дело" и входя в топ-100 в категории "Инжиниринг - Металлургия".

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нано- и ИТ-технологий. В состав университета входит 9 институтов, 5 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" обучаются более 17000 студентов из 69 стран мира. В университете действуют более 30 лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие ученые России и мира. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими российскими и зарубежными высокотехнологичными компаниями.