Используя названные сверхкритические антирастворяющие осадки техники (SAS), группа произвела большие количества очень чистого georgeite, беспорядочная медь-hydroxycarbonate, которая найдена естественно только в Австралии и в старом медном руднике в Сноудонии, Уэльс.Группа проверила каталитическую деятельность georgeite против коммерческих катализаторов, которые использовались в течение половины столетия в водно-газовой реакции изменения, в которой вода реагирует с углекислым газом, чтобы произвести водород.«Мы нашли, что georgeite был превосходным катализатором для водно-газовой реакции изменения и имел намного более высокую работу по сравнению с коммерческим катализатором, в настоящее время используемым в промышленности», сказал Грэм Хатчингс, директор Кардиффского Института Катализа в Университете Кардиффа в Уэльсе.Водород – существенный компонент в изготовлении метанола и аммиака, которые формируют основание сотен химикатов, включая топливо, пластмассы, краски, растворители и удобрение.
Группа также нашла, что их синтезируемый georgeite материал был очень эффективным при выполнении синтеза метанола, в котором CO2 и водород объединены, чтобы сделать метанол.«Катализаторы на основе полезных ископаемых окиси медного цинка использовались в течение многих десятилетий, чтобы катализировать обе из этих реакций», сказал Кристофер Дж. Кили, преподаватель материаловедения и химического машиностроения в Университете Лихай в Вифлееме, Пенсильвания. «Наши georgeite-полученные материалы представляют в первый раз, когда что-то потенциально лучше пришло».Группа сообщила о своих результатах по своей природе журнал в статье, названной «Стабильный аморфный georgeite как предшественник катализатора высокой деятельности».
Статья была создана исследователями из Кардиффа, Lehigh, британского Центра Катализа, Университетского колледжа Лондона, Алмазного Источника света в Соединенном Королевстве, Ливерпульском университете, Датском техническом университете и Джонсоне Мэтти, транснациональная корпорация химикаты и стабильная технологическая компания, размещенная в Ройстоне, Великобритания.С готовностью синтезируемый предшественник
Georgeite принадлежит семье полезных ископаемых, названных медью hydroxycarbonates, которые широко используются в качестве предшественников катализатора в химической промышленности. Ученые знакомы с другим hydroxycarbonates, таковы как малахит, аурихальцит и rosasite, но знают мало о georgeite из-за его чрезвычайной редкости, низкой чистоты, нестабильности и высоко приведенной в беспорядок природы.
Химики в Кардиффском Институте Катализа синтезировали georgeite использование SAS, в котором CO2 подвергнут условиям тепла и давления, которые помещают его в сверхкритическое государство, где это показывает особенности и жидкости и газа.«Сверхкритический CO2 расширяется как газ, чтобы заполнить объем, сохраняя вязкость жидкости», сказал Кили. «Это – необычное состояние вещества и имеет способность, когда пузырится через решение сделать твердые частицы поспешными очень быстро. Сверхкритический CO2 также используется для процессов, таких как кофе decaffeinating».Химики в Кардиффском Институте Катализа синтезировали georgeite, расторгнув медного окисного цинком предшественника в органическом растворителе и затем передав сверхкритический CO2 через растворитель, чтобы быстро ускорить georgeite.
«[Мы показали], что стабильный georgeite может быть с готовностью синтезирован, используя сверхкритический углекислый газ в качестве антирастворителя в процессе осаждения», написали исследователи по своей природе. «Синтетический продукт georgeite материалы является предшественниками очень активного синтеза метанола и превосходящих водных газовых катализаторов изменения по сравнению с в настоящее время готовившимися из прозрачного малахита.«Этот новый маршрут к georgeite откроет новые возможности для использования этого важного материала во многих заявлениях».Важная роль для кристалловИсследователи в Lehigh и Датском техническом университете использовали передовые электронные методы микроскопии, чтобы структурно характеризовать georgeite и определить, почему это производит такие высокие катализаторы выполнения.
«Мы посмотрели на georgeite с исправленной отклонением ОСНОВОЙ [просматривающий просвечивающий электронный микроскоп]», сказал Кили. «Georgeite, как думали, был абсолютно аморфным, то есть, больше как стекло, чем прозрачный минерал. Мы нашли, что georgeite на самом деле приблизительно на 90 процентов аморфный, но имеет кристаллы на 2 миллимикрона медной окиси, включенной в нем.«Фактический катализатор не чистый georgeite материал», сказал Кили. «georgeite, когда сознательно лакируется с небольшим количеством цинка, является действительно предшественником активного катализатора. Это должно быть сожжено, или нагрето в воздухе, и затем уменьшено в водородном газе, прежде чем это сможет использоваться в качестве катализатора».
Изучить, что произошло во время прокаливания и сокращения, группа, превращенная к коллегам в Датском техническом университете, у которого есть экологический просвечивающий электронный микроскоп (ETEM).«ETEM – очень специализированный инструмент», сказал Кили. «Красота его состоит в том, что Вы можете взять zincian georgeite предшественник, подогреть его в микроскопе под газообразной окружающей средой и затем смотреть, как это изменяется во время процесса. Это позволило нам динамично рассматривать предшествующий материал, поскольку он преобразовал в активный катализатор.
«Что мы видели с ETEM, то, что, когда сожжено zincian georgeite уменьшен в водороде, это формирует очень крошечные медные частицы, глубоко поддержанные на nanoscopic цинковых зернах окиси. Эта специальная наноструктура ответственна за хорошие каталитические свойства.
«Мы сравнили это с обычными материалами катализатора, полученными из прозрачного малахита, и нашли, что наш zincian georgeite приводит к намного более прекрасной микроструктуре с меньшими медными и цинковыми частицами окиси, который в конечном счете способствует превосходящей каталитической работе».Синтетический продукт zincian georgeite катализатор, сказал Кили, имеет дополнительное преимущество, что его состав может быть легко настроен или изменен, регулируя отношение медных атомов к атомам цинка в стартовом решении. Это может также быть сделано в больших количествах.
Эти новые материалы характеризовались в Алмазном Источнике света коллегами, базирующимися в Университетском колледже Лондона и Ливерпульском университете, где дальнейшие мелкие детали о его уникальной структуре были определены, используя радиационный источник синхротрона.Ли Лу, кандидат доктора философии Lehigh и соавтор статьи Nature, выполнил структурные исследования характеристики, используя исправленную отклонением ОСНОВУ и также помог проанализировать микроскопию, следует из ETEM в Дании.Исследователи сотрудничали несколько лет на проекте.
Синтетический продукт zincian georgeite потребует дальнейшего тестирования и увеличения масштаба, прежде чем это сможет найти коммерческое применение в промышленности, сказал Кили.