Войти в аккаунт
Хотите наслаждаться полной версией, а также получить неограниченный доступ ко всем материалам?

Не нужно больше золота!

Не нужно больше золота!

США будут экономить российскую платину и другие драгоценные металлы

Химики из Массачусетского технологического института (США) разработали новый класс наноматериалов, позволяющий уменьшить зависимость индустрии, в том числе и национальной, от драгоценных металлов, например, платины. Результаты исследования опубликованы в журнале Science. Его авторы рассказали «Ленте.ру» о своей работе.

Благородные (драгоценные) металлы, к которым относятся платина, золото, серебро, палладий, рутений, родий, осмий и иридий, у большинства людей ассоциируются с ювелирными украшениями или инвестициями. На самом деле больше половины добываемых драгметаллов идет на производство каталитических конвертеров, установленных в выхлопных системах автомобилей, используется в качестве катализаторов в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, а также в топливных элементах, представляющих собой электрохимическиe генераторы, которые за счет химической реакции преобразовывают топливо (чаще всего водород) и кислород в электричество.

Катализаторы ускоряют химические реакции, но не расходуются в процессе реакции. В индустрии при производстве приблизительно 90 процентов всех химических веществ используются катализаторы. И они дорогостоящие, поскольку в их составе обычно имеются драгоценные металлы, такие как платина или палладий.

Сфера применения топливных элементов непрерывно расширяется. Из космической отрасли они перекочевали в стационарные электростанции в качестве автономных источников тепло- и электроснабжения зданий, в двигатели транспортных средств в качестве источников питания ноутбуков и мобильных телефонов.

Масштабное применение топливных элементов, которое может обеспечить переход от традиционной энергетики к водородной, сейчас во многом ограничено высокой ценой на платину. Платина, нанесенная на углеродную поверхность, служит материалом для катода и анода, на которых собственно и протекают реакции с получением электричества. Но платина, как и другие драгоценные металлы, — один из самых редких химических элементов в земной коре. В настоящее время на планете насчитывается около одного миллиарда автомобилей, в основном оснащенных двигателями внутреннего сгорания. Если попытаться перевести даже половину этих автомобилей на топливные элементы вместо традиционных двигателей, при нынешнем уровне развития катализаторов запасы платины в земной коре исчерпаются в ближайшие 15 лет.

На долю России приходится 26 процентов добычи платиновых металлов. Это второй показатель в мире после ЮАР. Исчерпываемость и дороговизна ресурса заставляют искать надежную и эффективную замену. Исследование профессора Юрия Романа-Лешкова и его коллег из Массачусетского технологического института, включая россиянку Марию Милину (выпускница РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2010) — заметный прогресс в этой области.

Они нашли способ уменьшить в 10 раз содержание платины в катализаторах, при этом сохранив или даже улучшив их эффективность в разных химических процессах. Секрет в том, чтобы использовать так называемые «ядра-оболочки» (английское core-shell nanoparticles), которые представляют собой наночастицы, состоящие из недорогих керамических ядер, покрытых слоем драгоценных металлов толщиной в один атом. Это классический пример нанотехнологии, когда материал с заданной атомной структурой создается посредством контролируемого манипулирования отдельными атомами.

В химических реакциях участвуют только атомы на поверхности наночастиц (достигающие 2-10 нанометров в диаметре). Замена сердцевины, или «ядра», наночастиц на другой (более дешевый) материал позволяет на порядок снизить содержание драгоценных металлов в катализаторах, сохранив их каталитическую активность.

Различные виды самоорганизующихся монослойных наночастиц

Изображение: S.T. Hunt, et al., Science 2016

Многие пытались синтезировать «ядра-оболочки». Некоторые даже преуспели. Проблема в том, что для ядра использовали такие металлы, как железо, никель или медь. При высоких температурах, необходимых для большинства химических процессов, подобные наночастицы теряли структуру «ядро-оболочка», превращаясь в обычный сплав без выигрыша в каталитической эффективности.

Шон Хант, главный автор опубликованной в Science cтатьи, предложил идею использовать карбиды металлов в качестве ядра в наночастицах. Как говорит сам Шон, он всегда был большим поклонником карбидов, даже его обручальное кольцо сделано из карбида вольфрама, которое он правда самостоятельно покрыл слоем платины в лаборатории. Карбиды отличаются высокой твердостью, жаростойкостью и химической инертностью. Хотя они очень похожи по своей электронной структуре на платину, карбиды не смешиваются с ней даже при высоких температурах. При нагревании карбидов и платины до 900 градусов Цельсия они самоорганизуются в частицы с карбидным ядром и платиновой оболочкой.

 

 

Цена на драгоценные металлы за последние 25 лет

Изображение: MIT News

1/3

В опубликованной работе также показано, что взаимодействие платины с карбидным ядром позитивно влияет на платину, улучшая ее каталитические свойства по сравнению с обычными платиновыми частицами, которые в данный момент используются в индустрии в виде катализаторов. Разработанная технология позволяет менять размер наночастиц, а также химический состав ядра и оболочки. Таким образом свойства материалов могут оптимизироваться для разных химических процессов.

Химики продемонстрировали, что платина и рутений, нанесенные на карбид титана и вольфрама, — исключительный катализатор для топливных элементов, как тех, что работают на водороде, так и тех что используют метанол в виде топлива

 

 

Наночастица «ядро-оболочка»

Изображение: MIT News

1/2

Снижение содержания платины в катализаторах не только важно для будущего топливных элементов и водородной энергетики в целом, но также может значительно уменьшить цену и улучшить эффективность существующих технологий в нефтепереработке. Платину или палладий применяют в таких важных процессах для производства топлива и химикатов, как каталитический риформинг и гидрирование, а также при производстве серной и азотной кислоты.

Автор: Мария Милина
Источник: lenta.ru
Теги: покупки
{{ rating.votes_against }} {{ rating.rating }} {{ rating.votes_for }}

Комментировать

осталось 1800 символов
Свернуть комментарии

Все комментарии (7)

REY.B.

комментирует материал 20.05.2016 #

Опять против России копают...

no avatar#}
Злой старик

отвечает REY.B. на комментарий 07.09.2016 #

Новейшие исследования американских ученых показали, что большинство людей готовы принять на веру любую чушь написанную после слов: "Новейшие исследования американских ученых показали".

user avatar
Алекчандр Григорьев

комментирует материал 20.05.2016 #

Это же придумал наш гений Чубайс...
:)))

user avatar
Злой старик

отвечает Алекчандр Григорьев на комментарий 07.09.2016 #

Чубайса не трожь!
Анатолий Чубайс стал первым россиянином, вошедшим в состав международного консультативного совета одного из старейших и крупнейших американских банков - JP Morgan Chase & Co.Совет состоит из видных бизнесменов и общественных деятелей, и дает рекомендации топ-менеджменту банка по вопросам глобальной стратегии. Сейчас в него входят 35 человек, в том числе Тони Блэр и Генри Киссинджер. "Для нас большая удача, что человек с таким уникальным опытом, как Анатолий Борисович, будет делиться с нашей фирмой своими взглядами и оценками по поводу инвестирования и развития бизнеса в России и других странах Центральной Европы", - заявил председатель и главный управляющий директор JP Morgan Chase Джейми Даймон.Активы JP Morgan Chase & Co. оцениваются в 1,8 трлн. долларов. Банк ведет дела более чем в 60 странах. В консультативном совете Чубайс будет работать безвозмездно.

user avatar
Злой старик

комментирует материал 07.09.2016 #

Нобелевский комитет - это ритуальная секта, исповедующая культ материального поощрения наиболее глубоких заблуждений американских ученых

user avatar
×
Заявите о себе всем пользователям Макспарка!

Заказав эту услугу, Вас смогут все увидеть в блоке "Макспаркеры рекомендуют" - тем самым Вы быстро найдете новых друзей, единомышленников, читателей, партнеров.

Оплата данного размещения производится при помощи Ставок. Каждая купленная ставка позволяет на 1 час разместить рекламу в специальном блоке в правой колонке. В блок попадают три объявления с наибольшим количеством неизрасходованных ставок. По истечении периода в 1 час показа объявления, у него списывается 1 ставка.

Сейчас для мгновенного попадания в этот блок нужно купить 1 ставку.

Цена 10.00 MP
Цена 40.00 MP
Цена 70.00 MP
Цена 120.00 MP
Оплата

К оплате 10.00 MP. У вас на счете 0 MP. Пополнить счет

Войти как пользователь
email
{{ err }}
Password
{{ err }}
captcha
{{ err }}
Обычная pегистрация

Зарегистрированы в Newsland или Maxpark? Войти

email
{{ errors.email_error }}
password
{{ errors.password_error }}
password
{{ errors.confirm_password_error }}
{{ errors.first_name_error }}
{{ errors.last_name_error }}
{{ errors.sex_error }}
{{ errors.birth_date_error }}
{{ errors.agree_to_terms_error }}
Восстановление пароля
email
{{ errors.email }}
Восстановление пароля
Выбор аккаунта

Указанные регистрационные данные повторяются на сайтах Newsland.com и Maxpark.com