Cobalto

Un equipo de la Universidad de Nanjing, la Universidad Normal de Hubei y la Universidad de Zhejiang ha desarrollado un catalizador de grafodiino dopado con cobalto para descomponer catalíticamente el amoníaco (NH3) para generar H2. El catalizador compuesto mejora significativamente la reactividad y estabilidad de la descomposición del amoníaco.

En un artículo publicado en la revista Fuel, los investigadores informan que el catalizador de grafodopado co-dopado logró una descomposición casi completa del amoníaco a 550 ˚C, y la tasa de conversión se mantuvo estable durante 18 h de reacción continua.

Liu et al.

Graphdiyne (GDY) es un nuevo alótropo de carbono bidimensional (2D), similar al grafeno. Sin embargo, mientras que el grafeno es una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red de panal 2D, el grafeno está compuesto de átomos de carbono sp2 y sp (sp y sp2 se refieren al estado de hibridación de los átomos de carbono en las moléculas), formando una estructura única con una Gran cantidad de poros, lo que le confiere una gran superficie, útil para aplicaciones de almacenamiento de energía y catálisis.

El amoníaco es por naturaleza un portador de hidrógeno de alta densidad. Si bien los catalizadores de metales nobles, como el rutenio, exhiben un rendimiento catalítico superior en la descomposición del amoníaco (es decir, para liberar el hidrógeno), su alto costo es un desafío para una aplicación generalizada, señalan los autores.

Por el contrario, se encuentran disponibles catalizadores metálicos de bajo costo, pero demuestran efectos catalíticos subóptimos. Los catalizadores a base de carbono promueven la transferencia interfacial de electrones, mejorando los potenciales de adsorción y disociación del adsorbato de NHx en la interfaz. Sin embargo, cómo mejorar la actividad catalítica de metales no preciosos y catalizadores compuestos a base de carbono, disminuir la temperatura de reacción y obtener una comprensión fundamental de los nuevos catalizadores bidimensionales se ha convertido en un desafío importante.

Se han dedicado numerosos estudios al descubrimiento y expansión de nuevos materiales catalizadores, con especial atención a la grafodiina. Graphdiyne es un novedoso material de carbono bidimensional que presenta un alto potencial de descomposición catalítica del NH3, como lo demuestran estudios teóricos. La distribución desigual de la carga superficial del grafo proporciona amplios sitios activos para reacciones catalíticas. Normalmente, el grafo anclado con átomos metálicos se emplea como catalizador para reacciones termoquímicas. Sin embargo, el efecto de interacción de la carga de cobalto sobre grafodiino en reacciones térmicas, particularmente en el desempeño de la descomposición de amoníaco, aún no se ha estudiado ampliamente.

En este trabajo, nos centramos en cargar nanopartículas de metales no nobles en Graphdiyne para investigar las interacciones catalíticas entre materiales de carbono bidimensionales y metales de transición. Descubrimos que el alto rendimiento de varios metales de transición cargados en grafodiino durante la descomposición del amoníaco se puede atribuir a la dispersión de partículas, la reducibilidad del metal y la composición elemental del catalizador en este estudio.

Para el estudio, el equipo sintetizó una serie de láminas de Graphdiyne cocargadas utilizando un método sencillo de coprecipitación húmeda.

Los cálculos de DFT aclararon que el paso determinante de la velocidad en la cinética de reacción es la deshidrogenación de especies de NHx, no la recombinación de nitrógeno como se entiende convencionalmente.

Nuestro estudio destaca el tremendo potencial de los catalizadores de grafdiino dopados con metales para la producción sencilla de hidrógeno mediante la descomposición de NH3, lo que permite una utilización segura y escalable del hidrógeno.

Recursos

Lishan Liu, Feng Gong, Yunlong Xie, Sijun Wang, Yu Qiu, Zhihua Wang, Rui Xiao (2023) “Producción de hidrógeno altamente eficiente a partir de la descomposición de amoníaco sobre Graphdiyne codopado a temperatura moderada”, Fuel, Volumen 354 doi: 10.1016/ j.combustible.2023.129320

Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang y Jin Zhang (2019) “Graphdiyne: síntesis, propiedades y aplicaciones” Reseñas de la Sociedad Química doi: 10.1039/C8CS00773J

Publicado el 6 de agosto de 2023 en Amoníaco, Catalizadores, Hidrógeno, Producción de hidrógeno, Almacenamiento de hidrógeno, Antecedentes del mercado | Enlace permanente | Comentarios (0)