Cobalto

Uma equipe da Universidade de Nanjing, da Universidade Normal de Hubei e da Universidade de Zhejiang desenvolveu um catalisador de grafite dopado com cobalto para decompor cataliticamente a amônia (NH3) para gerar H2. O catalisador composto aumenta significativamente a reatividade e a estabilidade da decomposição da amônia.

Em um artigo na revista Fuel, os pesquisadores relatam que o catalisador Graphdiyne co-dopado alcançou a decomposição quase completa da amônia a 550 ˚C, e a taxa de conversão permaneceu estável ao longo de 18 horas de reação contínua.

Liu et al.

Graphdiyne (GDY) é um novo alótropo de carbono bidimensional (2D), semelhante ao grafeno. No entanto, enquanto o grafeno é uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma rede de favo de mel 2D, o grafeno é composto de átomos de carbono sp2 e sp (sp e sp2 referem-se ao estado de hibridização dos átomos de carbono nas moléculas), formando uma estrutura única com um grande número de poros, proporcionando uma grande área superficial - útil para aplicações em armazenamento de energia e catálise.

A amônia é por natureza um transportador de hidrogênio de alta densidade. Embora os catalisadores de metais nobres, como o rutênio, apresentem desempenho catalítico superior na decomposição da amônia – ou seja, na liberação do hidrogênio – seu alto custo é um desafio para aplicação generalizada, observam os autores.

Por outro lado, catalisadores metálicos de baixo custo estão disponíveis, mas demonstram efeitos catalíticos abaixo do ideal. Catalisadores à base de carbono promovem a transferência interfacial de elétrons, aumentando os potenciais de adsorção e dissociação do adsorbato de NHx na interface. No entanto, como aumentar a atividade catalítica de metais não preciosos e catalisadores compósitos à base de carbono, diminuir a temperatura de reação e obter uma compreensão fundamental de novos catalisadores bidimensionais tornou-se um grande desafio.

Numerosos estudos têm sido dedicados à descoberta e expansão de novos materiais catalisadores, com foco particular no grafite. Graphdiyne é um novo material de carbono bidimensional que apresenta um alto potencial para decomposição catalítica de NH3, conforme demonstrado por estudos teóricos. A distribuição irregular de carga superficial do grafo fornece amplos sítios ativos para reações catalíticas. Normalmente, o grafino ancorado com átomos metálicos é empregado como catalisador para reações termoquímicas. No entanto, o efeito de interação da carga de cobalto no grafino em reações térmicas, particularmente no desempenho de decomposição de amônia, ainda não foi estudado extensivamente.

Neste trabalho, nos concentramos no carregamento de nanopartículas de metais não nobres em graphdiyne para investigar as interações catalíticas entre materiais de carbono bidimensionais e metais de transição. Descobrimos que o alto desempenho de vários metais de transição carregados no grafino durante a decomposição da amônia pode ser atribuído à dispersão das partículas, à redutibilidade do metal e à composição elementar do catalisador neste estudo.

Para o estudo, a equipe sintetizou uma série de folhas gráficas Co-carregadas usando um método fácil de co-precipitação úmida.

Os cálculos de DFT elucidaram que a etapa determinante da taxa na cinética da reação é a desidrogenação das espécies NHx, e não a recombinação do nitrogênio como convencionalmente entendido.

Nosso estudo destaca o tremendo potencial dos catalisadores de grafite dopados com metal para a produção fácil de hidrogênio por meio da decomposição de NH3, permitindo a utilização segura e escalonável do hidrogênio.

Recursos

Lishan Liu, Feng Gong, Yunlong Xie, Sijun Wang, Yu Qiu, Zhihua Wang, Rui Xiao (2023) “Produção de hidrogênio altamente eficiente a partir da decomposição de amônia sobre grafite co-dopado sob temperatura moderada”, Combustível, Volume 354 doi: 10.1016/ j.combustível.2023.129320

Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang e Jin Zhang (2019) “Graphdiyne: síntese, propriedades e aplicações” Chemical Society Reviews doi: 10.1039/C8CS00773J

Postado em 06 de agosto de 2023 em Amônia, Catalisadores, Hidrogênio, Produção de Hidrogênio, Armazenamento de Hidrogênio, Antecedentes do Mercado | Link permanente | Comentários (0)