Учёные из Рочестерского университета совершили прорыв в поиске замены для дорогостоящей платины в химической промышленности. Они разработали метод контроля структуры карбида вольфрама. Это позволило превратить этот распространённый и дешёвый промышленный материал в высокоэффективный катализатор для ключевых химических процессов, включая переработку углекислого газа и утилизацию пластиковых отходов.
Изображение: Flux
Главным препятствием на пути использования карбида вольфрама в качестве катализатора была нестабильность его структуры. Материал может формировать различные кристаллические фазы, большинство из которых каталитически неактивны. Команда под руководством профессора Марка Порософфа разработала метод температурно-программируемого карбидирования, который позволяет синтезировать наночастицы карбида в нужной фазе (β-W2C) непосредственно внутри химического реактора. Именно эта фаза продемонстрировала выдающуюся активность в реакциях превращения CO2 в полезные химические вещества, сравнимую с эффективностью платины.
Отдельное исследование, опубликованное в Journal of the American Chemical Society, показало, что карбид вольфрама также может стать решением для переработки пластика. Учёные использовали его в процессе гидрокрекинга для расщепления длинных полимерных цепей, например, в полипропилене из пластиковых бутылок. Материал оказался не только значительно дешевле платиновых аналогов, но и в 10 раз эффективнее.
Для точного контроля за такими процессами исследователи внедрили новую оптическую методику измерения температуры на поверхности катализатора в реальном времени. Традиционные методы давали погрешность до 100°C, что критично для воспроизводимости экспериментов. Новая технология позволяет точно сопрягать экзотермические и эндотермические реакции, минимизируя потери энергии.