Как перестройка атомов никеля удешевит переработку метана

Превращение метана в синтез-газ — востребованную смесь монооксида углерода и водорода для химической промышленности — десятилетиями связывали с работой наночастиц металлического никеля. Международный научный коллектив под руководством исследователей из Даляньского института химической физики Китайской академии наук доказал: главное действующее лицо реакции долгое время оставалось в тени.

Наблюдая за катализатором непосредственно в рабочих условиях, химики обнаружили динамическую перестройку поверхности оксида никеля (NiO). Прямо во время процесса на ней возникает ранее скрытая конфигурация атомов — [Ni₁O₄Ni₄]. Именно этот мотив берёт на себя основную нагрузку: энергетический барьер разрыва связей C–H в метане составляет всего 52,3 кДж/моль (12,5 ккал/моль), что заметно ниже, чем на металлическом никеле (65,7 кДж/моль) или исходном оксиде.

Открытие позволило создать катализатор на основе оксида алюминия (Al₂O₃), содержащий всего 0,8 % никеля по массе. Материал успешно переработал 92 % метана с селективностью 87,0 % по водороду и монооксиду углерода, показав результаты на уровне образцов, содержащих в десять раз больше металла.