IRON AND BIOCHAR-BASED CATALYSTS (Fe/C) FOR HYDROGEN PRODUCTION BY METHANE DECOMPOSITION

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This article discusses catalysts for one of the environmentally friendly methods of hydrogen production (without carbon oxide emissions) based on the reaction of methane decomposition. Iron-containing systems applied to a carbon carrier — biochar — are used as catalysts. The active component (Fe) was applied by the method of incipient wetness impregnation from a solution of iron(III) nitrate nonahydrate. The catalytic systems were investigated under the conditions of the methane decomposition reaction and studied by physicochemical methods of analysis (Raman spectroscopy, X-ray phase analysis, transmission electron microscopy, elemental analysis, atomic absorption analysis). It was revealed that the catalysts are characterized by a graphite-like carbon structure in which iron-containing nanoparticles are uniformly distributed. The catalytic activity of the obtained systems in the temperature range of 500–850°C was estimated. The maximum conversion of methane is observed at a process temperature of 700°C on iron-containing biochar synthesized at a temperature of 250°C, and is 12.2%. The carbon product that is formed during the experiment is carbon nanotubes and onion-shaped carbon.

About the authors

V. V Lubavina

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: lubavina_v_v@ips.ac.ru
Moscow, Russia

A. E Sotnikova

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: lubavina_v_v@ips.ac.ru
Moscow, Russia

K. O Krysanova

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: lubavina_v_v@ips.ac.ru
Moscow, Russia

M. I Ivantsov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: lubavina_v_v@ips.ac.ru
Moscow, Russia

M. V Kulikova

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lubavina_v_v@ips.ac.ru
Moscow, Russia

References

  1. Zhou Y., Wang Y., Yang M. // Energy Convers. Manage. 2024. V. 304. P. 118223. https://doi.org/10.1016/J.ENCONMAN.2024.118223
  2. Hakkak M., Altintag N., Hakkak S. // Renew. Energy Focus. 2023. V. 46. P. 356. https://doi.org/10.1016/J.REF.2023.07.005
  3. Liu G., Guo T., Wang P. et al. // Heliyon. 2024. V. 10. № 18. P. E36219. https://doi.org/10.1016/J.HELIYON.2024.E36219
  4. Alshawaf M., van Haute M., Alsayegh O. et al. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2025. V. 212. P. 115421. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2025.115421
  5. Tahmashi M., Siavashi M., Ahmadi R. // Energy Convers. Manage. X. 2025. V. 26. P. 101005. https://doi.org/10.1016/J.ECMX.2025.101005
  6. Zuo X., Toam Q., Zhong Y. // Int. J. Hydrogen Energy. 2025. V. 118. P. 426. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2025.03.171
  7. Хеанова Р.Б., Долгих В.Д., Иванов С.А. и др. // Сибирский физ. журн. 2024. Т. 18. № 3. C. 95. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2023-18-3-95-103
  8. Bibak F., Meshkani F. // Fuel. 2024. V. 366. P. 131048. https://doi.org/10.1016/J.FUEL.2024.131048
  9. Осипов А.Р., Сидорчик И.А., Шляпин Д.А. и др. // Катализ в промышленности. 2021. Т. 1. № 1–2. C. 47. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2021-1-2-47-54
  10. Li S., Liao J., Zhang Z. et al. // Resour. Chem. Mater. 2025. V. 4. № 4. P. 100123. https://doi.org/10.1016/J.RECM.2025.100123
  11. Muradov N., Smith F., T-Raissi A. // Catal. Today. 2005. V. 102–103. P. 225. https://doi.org/10.1016/J.CATTOD.2005.02.018
  12. Muradov N. // Catal. Commun. 2001. V. 2. № 3–4. P. 89. https://doi.org/10.1016/S1566-7367(01)00013-9
  13. Vander Wal R., Makiesse Nikawete M. // J. Carbon Research. 2020. V. 6. № 2. P. 23. https://doi.org/10.3390/c6020023
  14. Krylova A., Krysanova K., Kulikova M. et al. // Energies. 2021. V. 14. № 18. P. 5890. https://doi.org/10.3390/en14185890
  15. Sivakumar G., Karattil Suresh A., Nag D. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2025. V. 121. P. 42. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2025.03.270
  16. Liu Z., Zhao L., Yao Z. et al. // Chem. Eng. J. 2023. V. 476. P. 146373. https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2023.146373
  17. Zhang P., Fan J., Wang Y. et al. // Carbon N. Y. 2024. V. 222. P. 118998. https://doi.org/10.1016/J.CARBON.2024.118998
  18. Yu J., Sun L., Berrucco C. et al. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2018. V. 130. P. 127. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2018.01.018
  19. Guizani C., Haddad K., Limousy L. et al. // Carbon N. Y. 2017. V. 119. P. 519. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.04.078
  20. Zhu X., Liu Y., Qian F. et al. // ACS Sustain. Chem. Eng. 2015. V. 3. № 5. P. 833. https://doi.org/10.1021/acsuschemeng.5b00153
  21. Sevilla M., Fuertes A.B. // Carbon N. Y. 2009. V. 47. № 9. P. 2281. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2009.04.026
  22. Hautoko D., Khan W.U., Putra A.F.P. et al. // Ind. Eng. Chem. Res. 2024. V. 63. № 44. P. 18869. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.4c02856
  23. Osipov A.R., Sidorchik I.A., Shlyapin D.A. et al. // Catal. Ind. 2021. V. 13. № 3. P. 244. https://doi.org/10.1134/S2070050421030089
  24. Vedele P., Sartoretti E., Torretti G. et al. // Chem. Eng. J. 2025. V. 514. P. 163392. https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2025.163392
  25. Hautoko D., Khan W.U., Alomran A.M. et al. // Catal. Today. 2025. V. 453. P. 115259. https://doi.org/10.1016/J.CATTOD.2025.115259
  26. Bire S.S., Deshmukh S.K. // Bio-derived Carbon Nanostructures. 2024. P. 129. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-13579-8.00014-0

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».