Wetenschappers ontdekken een nieuwe methode voor het genereren van metalen nanodeeltjes die als katalysator kunnen worden gebruikt

Een team van onderzoekers van het ITACA Instituut van de Universitat Politècnica de València (UPV) en het Research Institute of Chemical Technology, een gezamenlijk centrum van de Spaanse Nationale Onderzoeksraad (CSIC) en de UPV, heeft een nieuwe methode ontdekt voor de vervaardiging van metalen nanokatalysatoren die duurzamer en zuiniger zijn.

Met een groot potentieel in de industriële sector zou de methode bijdragen aan het koolstofvrij maken van de industrie. Het werk is geweest gepubliceerd in het journaal ACS Nano.

Deze nieuwe methode is gebaseerd op het exsolutieproces dat wordt geactiveerd door microgolfstraling. Exsolution is een methode om metallische nanodeeltjes op het oppervlak van keramische materialen te genereren. “Bij verhoogde temperaturen en in een reducerende atmosfeer (meestal waterstof) migreren metaalatomen van de structuur van het materiaal naar het oppervlak, waardoor metalen nanodeeltjes worden gevormd die aan het oppervlak zijn verankerd. Deze verankering verhoogt de sterkte en stabiliteit van deze nanodeeltjes aanzienlijk, wat een positieve invloed heeft op de efficiëntie van deze katalysatoren”, legt Beatriz García Baños uit, onderzoeker in de microgolfruimte van het ITACA Instituut van de UPV.

In de studie hebben de UPV- en CSIC-onderzoekers aangetoond dat dit proces dankzij microgolfstraling kan worden uitgevoerd bij gematigdere temperaturen en zonder de noodzaak om reducerende atmosferen te gebruiken.

“Op deze manier kunnen actieve nikkel-nanokatalysatoren worden geproduceerd in een energie-efficiënter exsolutieproces. Het is bewezen dat deze katalysatoren actief en stabiel zijn voor de reactie van CO-productie uit CO₂het verkrijgen van een product van industrieel belang en het bijdragen aan het koolstofvrij maken van de sector”, zegt Alfonso Juan Carrillo Del Teso, onderzoeker van de Energy Conversion and Storage Group van de ITQ.

Het exsolutieproces dat is gedemonstreerd in nikkelnanodeeltjes is uitgevoerd bij temperaturen van ongeveer 400ºC en blootstellingstijden van enkele seconden, terwijl de conventionele exsolutieprocedure in deze materialen plaatsvindt bij temperaturen van 900ºC, met tijden van ongeveer 10 uur. Bovendien maakt deze technologie het mogelijk om exsolutie uit te voeren zonder waterstof te gebruiken.

“Om al deze redenen verbeteren we de duurzaamheid van het proces. Bovendien verlagen we, door de katalysatoren bij mildere temperaturen en kortere blootstellingstijden te verkrijgen, de kosten van het proces, wat ook wordt beïnvloed door het niet hoeven gebruiken van waterstof als reducerend gas. ”, voegt Beatriz García Baños toe.

Toepassingen

Het door het UPV- en CSIC-team ontwikkelde proces is in de eerste plaats bedoeld voor katalytische procedures bij hoge temperaturen voor het opslaan en omzetten van hernieuwbare energie. Het zou ook kunnen worden toegepast op biogasreformreacties voor de productie van synthesegas (voorloper van vloeibare brandstoffen), CO₂ hydrogeneringsreacties toepasbaar op Power-to-X-systemen, en functionaliteitselektroden voor brandstofcellen en/of hoge-temperatuur-elektrolyseapparaten.