Ученые Института катализа СО РАН при поддержке Российского научного фонда работают над повышением эффективности катализаторов на основе перовскитов – кристаллических структур с высокой кислородной подвижностью. Эти катализаторы применяются в топливных химических элементах, а также перспективны для окисления парникового газа метана.

Перовскит – соединение с кристаллической решеткой, близкой к кубической, в которую можно встроить до 90 % известных химических элементов. За счет своей структуры перовскиты высокоустойчивы и демонстрируют широкий спектр химико-физических свойств. Благодаря особенностям кристаллической структуры они перспективны как для использования в топливных элементах, так и для окисления метана – парникового газа, выбросы которого в мире составляют порядка 80 млн тонн в год.

Метан в составе попутных нефтяных газов обычно сжигается на месторождениях. В результате горения без катализатора в атмосферу попадают вредные монооксид углерода и оксиды азота. Системы из перовскита позволили бы окислять метан до условно безопасного углекислого газа и воды. В Институте катализа СО РАН создали ряд перовскитов на основе лантана с хорошими каталитическими свойствами в реакции полного окисления метана, и в ходе нового гранта РНФ исследуют, какими способами можно повысить их эффективность.

«Цель нашего исследования – модифицировать перовскиты „мягкими“ методами предобработки, например, прокаливанием в определенных средах. С помощью предобработки структура соединения изменяется, и на его поверхность выходят активные каталитические формы – катионы переходных металлов, такие как марганец, железо, кобальт. Если выделить их на поверхность перовскита, то его каталитическая активность в процессе окисления метана должна повыситься», – рассказывает автор исследования, ведущий научный сотрудник отдела исследования катализаторов ИК СО РАН, к.ф.-м.н. Евгений Герасимов.

По словам ученого, пока перовскитные катализаторы окисления метана на промышленном уровне не используют, а тестируют в меньших масштабах. Коммерческие системы разложения метана есть, но они обычно состоят из катализаторов на основе драгоценных металлов. Перовскитные аналоги могут оказаться более выгодными за счет меньшей стоимости и большей термической стабильности.

Еще одна сфера применения перовскитов – твердооксидные топливные элементы, в которых они играют роль электродных материалов. Область рабочих температур таких элементов более 600 °С, и это позволяет использовать в качестве топлива не только водород, но и углеводороды, в частности метан. Но, как отмечает Евгений Герасимов, перед тем как создавать прототип такой топливной ячейки, необходимо протестировать термостабильность и устойчивость перовскитов в агрессивных средах.

Источник: ФИЦ «Институт катализа СО РАН».