Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Института устойчивых материалов Макса Планка (MPI-SusMat) обнаружила, что добавление определенных оксидов металлов в качестве каталитических предшественников в производство металлов на основе водорода может удвоить кинетику восстановления по сравнению с процессами без катализатора и снизить потребление энергии.
Производство стали и металлов является одним из основных источников выбросов парниковых газов, составляя около 10% мировых выбросов CO₂. Производство металлов на основе водорода предлагает безуглеродную альтернативу, объединяя восстановление, легирование и дизайн микроструктуры в единый производственный этап. Однако медленная кинетика восстановления металлических руд при температурах ниже 800°C препятствует широкому внедрению этой технологии. Ранее команда MPI-SusMat доказала, что процесс восстановления на основе водорода может объединить традиционный трехэтапный производственный процесс в один. В своем последнем исследовании команда обнаружила, что добавление оксида никеля в процесс восстановления железной руды на основе водорода до железоникелевого сплава усиливает этот процесс. Оксид никеля совместно восстанавливается, образуя нанопористый никель в качестве переходной фазы, который становится высокоактивным каталитическим предшественником для восстановления оксида железа. Атомно-зондовая томография в сочетании с просвечивающей электронной микроскопией показала, что когда оксид никеля быстро восстанавливается до пористого металлического никеля, он связывается с соседними оксидами железа и образует границу раздела. Водород взаимодействует с никелем на границе раздела, разлагаясь на высокореакционноспособные атомы водорода, которые затем мигрируют на поверхность соседнего оксида железа — процесс, называемый водородным спилловером, ускоряя реакцию восстановления. Восстановление может начинаться при температуре до 300°C, что значительно ниже температуры воспламенения водорода. Полученный никельсодержащий сплав является важным материнским сплавом, широко используемым в нержавеющих сталях 304 и 316, а также в высокопрочных и криогенных сталях для автомобильной, энергетической и медицинской отраслей.
Исследователи отмечают, что, хотя другие оксиды переходных металлов еще не были систематически оценены, ожидается, что элементы с аналогичными свойствами, такие как кобальт, будут проявлять аналогичное каталитическое поведение. Оксиды, такие как TiO₂, хотя и нелегко восстанавливаются, могут способствовать водородному спилловеру, обеспечивая активные поверхностные пути. Результаты исследования показывают, что образование сплава и восстановление могут происходить одновременно, а не в традиционной последовательности восстановления с последующей взаимной диффузией. Такое усиление процесса с помощью катализаторов из оксидов металлов позволяет достичь более низких температур восстановления, более короткого времени обработки и меньшего энергопотребления, открывая устойчивый одноэтапный путь для производства железоникелевых материнских сплавов. В MPI-SusMat устойчивое производство металлов и сплавов исследуется с использованием комбинации экспериментальных и теоретических методов. Глубокое понимание этих механизмов связи имеет решающее значение для руководства разработкой следующего поколения более устойчивых и экономически эффективных технологий восстановления. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Synthesis, первым автором статьи является доктор Синьжэнь Чэнь, постдокторант MPI-SusMat, а ответственным автором — профессор Дирк Раабе, управляющий директор MPI-SusMat.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
