Katalis menawarkan rute suhu rendah untuk menghasilkan hidrogen | Penelitian

Katalis menawarkan rute suhu rendah untuk menghasilkan hidrogen |  Penelitian post thumbnail image

Info paus Data SGP 2020 – 2021.

Gambar kontras STEM Z beresolusi tinggi

Katalis yang efektif dan stabil yang bekerja tepat di atas suhu kamar dapat mengubah air dan karbon monoksida menjadi aliran hidrogen dan karbon dioksida murni.1 Pengembangan katalis yang bekerja pada suhu yang jauh lebih rendah dapat menjadi pendorong bagi konsep ekonomi hidrogen, yang memungkinkan gas diproduksi dengan lebih murah.

Reaksi pergeseran air-gas yang menggabungkan karbon monoksida dan uap air untuk menghasilkan hidrogen sudah menjadi salah satu reaksi terpenting dalam kimia industri, karena hidrogen diperlukan untuk menghasilkan pupuk, metanol, dan bahan kimia lain yang tak terhitung jumlahnya. Ia juga sering disebut-sebut sebagai bahan bakar transportasi yang bersih karena satu-satunya hasil pembakarannya adalah air.

Sayangnya, katalis pergeseran air-gas saat ini membutuhkan suhu tinggi untuk bekerja secara efektif – yang mendorong kesetimbangan reaksi jauh dari hidrogen. Reaksi maju sebenarnya disukai oleh suhu rendah. Namun, katalis berbasis tembaga dan besi yang digunakan dalam industri saat ini tidak efektif pada suhu kurang dari 300˚C, yang tidak hanya tidak efisien tetapi juga dapat menimbulkan masalah bagi sel bahan bakar karena karbon monoksida yang tidak bereaksi dalam hidrogen dapat meracuni katalis platinumnya.

Oleh karena itu, para peneliti telah mempelajari berbagai katalis suhu rendah untuk reaksi tersebut. Pada 2017, Ding Ma dari Universitas Peking di Beijing dan rekannya melaporkan bahwa atom emas pada substrat molibdenum karbida sangat aktif pada suhu serendah 150˚C.2 Dalam penelitian baru, tim menguji beberapa katalis molibdenum karbida dengan pemuatan platinum mulai dari 0,02wt% hingga 8wt%. Katalis menunjukkan aktivitas pada suhu serendah 40˚C dan antara 120˚C dan 400˚C lebih dari 90% karbon monoksida dapat diubah oleh katalis 2wt%.

Semua katalis menunjukkan aktivitas tertinggi yang pernah dilaporkan untuk reaksi ini. Katalis dengan 0.2wt% platinum atau lebih rendah awalnya merupakan atom per platina yang paling aktif. Hal ini diharapkan, jelas Ma, karena situs aktifnya adalah antarmuka logam-substrat. ‘Adsorpsi CO dilakukan pada platina; aktivasi air dilakukan pada molibdenum karbida. ‘ Oleh karena itu, platina paling efisien jika tersebar secara atomik. Namun, aktivitas ini hampir menghilang dalam 10 jam. Katalis yang mengandung 2wt% platinum dan lebih tinggi menunjukkan aktivitas awal per atom platinum yang lebih rendah tetapi, setelah penurunan awal, aktivitas tersebut tetap ada. ‘Molibdenum karbida mengikat sangat kuat dengan oksigen, jadi jika tidak ada platina yang terikat C – O untuk membentuknya kembali, maka ion hidroksil secara bertahap akan mengoksidasi ion karbida molibdenum menjadi oksida molibdenum,’ jelas Ma. ‘Tetapi jika Anda memiliki kepadatan CO yang tinggi pada platina maka ion hidroksil ini akan terus berputar untuk menghasilkan karbon dioksida dan hidrogen.’

Skema rute reaksi untuk reaksi WGS melalui Pt / α-MoC

Pelabelan isotop reaktan membuat para peneliti menyimpulkan bahwa, seperti mekanisme yang biasa, mekanisme tambahan terjadi pada permukaan katalis mereka, membantu menjelaskan aktivitasnya yang belum pernah terjadi sebelumnya. Alih-alih adsorpsi radikal hidroksil yang diikuti oleh pertukaran oksigen, mekanisme yang diusulkan melibatkan pemutusan ikatan rangkap CO, menghasilkan radikal karbon yang bereaksi langsung dengan gugus hidroksil yang teradsorpsi oleh salah satu dari dua jalur serupa. ‘Ini belum pernah dilaporkan sebelumnya,’ kata Ma. ‘Bagiannya [of hydrogen generated] dari rute baru ini menurut kami adalah sekitar 30-35%. ‘

Susannah Scott dari Universitas California, Santa Barbara terkesan. ‘Katalis tampaknya sangat aktif untuk reaksi pergeseran air-gas suhu rendah, dan distabilkan menuju oksidasi fase molibdenum karbida, yang telah menjadi masalah dalam penelitian sebelumnya,’ katanya. Namun, dia mengingatkan bahwa perbandingan kuantitatif dapat menyesatkan karena laju reaksi dapat bergantung ‘secara kuat dan non-linier’ pada kondisi pengoperasian. Dia lebih skeptis tentang mekanisme baru yang diusulkan ‘sangat tidak biasa’. ‘Ikatan CO sangat kuat, sehingga pecahnya yang cepat dan reversibel pada suhu rendah tidak terduga,’ katanya. ‘Lebih banyak penelitian diperlukan untuk mendukung hipotesis ini, termasuk mengesampingkan pertukaran isotop oleh mekanisme lain seperti pembentukan karbonat yang dapat dibalik.’

Tags:

Related Post