Un groupe de recherche de Skoltech, de l'Institut de catalyse Boreskov (branche sibérienne de l'Académie des sciences de Russie) et de l'Université polytechnique de Tomsk a mené une expérience et a prouvé qu'un nouveau photocatalyseur basé sur WB_5-x -WB₂ borure de tungstène et TiO₂ le dioxyde de titane peut rivaliser avec les métaux nobles. Il augmente considérablement l'efficacité des réactions chimiques et est beaucoup moins cher que les catalyseurs utilisés aujourd'hui.

Les résultats sont présentés dans une nouvelle étude dans la revue Applied Surface Science. journal.

WB_5-x , le pentaboride de tungstène, était auparavant synthétisé comme une alternative moins chère aux fraises diamantées utilisées sur les équipements de forage dans l'industrie pétrolière et gazière.

Les professeurs Alexander Kvashnin de Skoltech du Centre de transition énergétique et Artem R. Oganov, qui dirige le laboratoire de découverte de matériaux, et leurs collègues ont exploité un algorithme machine qui prédisait la stabilité de WB5, puis ont obtenu des échantillons en frittant du tungstène et du bore dans un rapport 1 à 1. -7 à des températures allant jusqu'à 1 500 degrés Celsius et des pressions jusqu'à 7 gigapascals.

La méthode de synthèse du pentaboride de tungstène ultra-dur a ensuite été affinée en collaboration avec l'Université polytechnique de Tomsk, rendant sa production plus efficace et économique.

"Nous avons identifié des propriétés qui nous ont permis de supposer que le pentaboride de tungstène est non seulement prometteur pour la production pétrolière, mais peut également devenir un bon catalyseur. Dans le passé, nous ne connaissions que la structure cristalline, les informations sur la stabilité et les propriétés mécaniques du matériau.

"Nous avons déployé beaucoup d'efforts pour prédire l'adsorption et les propriétés catalytiques du pentaboride de tungstène grâce à la modélisation informatique et au calcul des barrières de réaction. Nous nous sommes ensuite tournés vers nos collègues, qui ont confirmé les résultats expérimentalement", a déclaré Aleksandra Radina, co-auteure de l'étude. auteur et titulaire d'un doctorat. étudiant au programme de science des matériaux de Skoltech.

Des chercheurs de l'Université polytechnique de Tomsk ont ​​synthétisé une poudre de borure de tungstène supérieur à l'aide d'une technologie développée précédemment, tandis que leurs collègues de l'Institut de catalyse Boreskov ont utilisé le matériau synthétisé comme cocatalyseur pour deux réactions :la conversion du dioxyde de carbone en méthane et la production d'hydrogène à partir d'une solution aqueuse de éthanol.

D'après les résultats, WB_5-x -WB₂ le borure de tungstène a augmenté l'efficacité de la première réaction d'un facteur de quatre et celle de la seconde d'un facteur de 23. Des méthodes d'analyse structurelle telles que la microscopie électronique à transmission à haute résolution, la diffraction des rayons X, la spectroscopie photoélectronique des rayons X et autres ont confirmé le nouveau WB_5-x -WB₂ /TiO₂ Le catalyseur est responsable de l’efficacité accrue de la réaction. Des études utilisant ces techniques analytiques ont été réalisées à l'Institut Boreskov de catalyse de la branche sibérienne de l'Académie des sciences de Russie.

"Les données de simulation ont montré que le borure de tungstène à haute teneur élevée devrait fonctionner comme un matériau catalyseur actif pour la production d'hydrogène à partir d'éthanol, et les résultats expérimentaux ont confirmé nos prédictions. Comme notre matériau n'a pas été considéré auparavant comme un catalyseur, la question du criblage des processus chimiques se pose. , où il pourrait s'avérer être un catalyseur plus efficace que les matériaux traditionnels", a déclaré le professeur Kvashnin du Centre de transition énergétique de Skoltech, responsable de l'étude.

Comme le soulignent les auteurs, le nouveau photocatalyseur peut être efficace non seulement dans les réactions évoquées ci-dessus. Plus important encore, la recherche ouvre une nouvelle direction pour l'application de matériaux à base de borures et de carbures de métaux de transition, y compris ceux à haute entropie.

Actuellement, une équipe de trois organisations explore activement l'utilisation de nouveaux matériaux dans divers processus catalytiques avec des applications en photocatalyse, pétrochimie, etc.