.jpg)
Группа исследователей из Сычуаньского университета науки и инженерии и Университета Южной Африки нашла способ повысить эффективность катализаторов для реакции Фишера-Тропша, которая используется для получения синтетического топлива из смеси угарного газа (CO) и водорода (H2). Цель работы заключалась в том, чтобы увеличить выход ценных жидких углеводородов, пригодных для производства бензина, дизеля или авиационного керосина, и одновременно сократить образование метана, в данном случае выступающего нежелательным побочным продуктом.
В качестве основы катализаторов исследователи применили полые углеродные сферы, на внутренней или внешней поверхности которых закрепляли частицы кобальта, железа, а также их комбинаций с осмием и платиной. Эти металлы служат активными центрами, где происходит превращение синтез-газа в углеводороды. В ходе экспериментов ученые изменяли толщину углеродной оболочки сфер, размер частиц металла, их расположение, добавляли азот в углеродную структуру и варьировали температуру термообработки.
Испытания показали, что даже небольшое количество осмия рядом с кобальтом заметно повышает эффективность катализатора. Осмий изменяет электронные свойства кобальта, что улучшает способность активных центров связывать молекулы CO и повышает выход длинных цепочек углеводородов, востребованных как топливо. Оптимальным оказался размер частиц кобальта в диапазоне 7-8 нанометров. Более мелкие частицы быстрее теряли активность, а более крупные частицы распределялись менее равномерно.
Толщина оболочки сфер также оказалась важным параметром. Тонкие оболочки способствуют быстрому восстановлению активных центров и переходу металла в рабочую форму, но увеличивают долю легких газов. Толстые оболочки замедляют диффузию молекул, однако способствуют образованию более тяжелых жидких фракций.
Для железных катализаторов решающим оказалось сохранение железа в виде карбида Fe2C, который обеспечивает высокую активность и стабильность. Добиться этого удалось при оптимальной температуре пиролиза. Слишком высокая температура приводила к образованию графита, блокирующего активные центры.
Исследователи пришли к выводу, что точная настройка комбинации металлов, их размера, структуры и свойств углеродного носителя позволяет управлять не только скоростью реакции, но и составом конечных продуктов. Такой подход открывает возможности для создания катализаторов нового поколения, обеспечивающих более высокий выход жидкого синтетического топлива при минимальных потерях.
