Группа учёных из Университета Ноттингема и Университета Бирмингема разработала катализатор, способный эффективно преобразовывать углекислый газ (CO2) в ценные химические соединения. Это достижение открывает новые перспективы в области устойчивого развития и может помочь в решении проблемы избытка CO2 в атмосфере.
Новый катализатор представляет собой оловянные микрочастицы, закреплённые на наноструктурированной углеродной основе. Уникальность этого материала заключается в том, что его активность увеличивается в процессе использования, что является редким и ценным свойством для катализаторов. Опубликованное исследование демонстрирует, как взаимодействие между оловянными частицами и графитизированными углеродными нановолокнами играет ключевую роль в передаче электронов от углеродного электрода к молекулам CO2.
Доктор Мадасами Тангамуту, научный сотрудник Университета Ноттингема и один из руководителей исследовательской группы, объяснил принцип работы нового катализатора: «Катализатор должен прочно связываться с молекулой CO2 и эффективно вводить электроны для разрыва её химических связей. Мы разработали новый тип углеродного электрода, который включает графитизированные нановолокна с наноразмерной текстурой, имеющей изогнутые поверхности и ступенчатые края, для улучшения взаимодействия с частицами олова».
Том Бурвелл, научный ассистент Университета Ноттингема, который разработал подход и провёл экспериментальную работу, отметил свойство нового катализатора: «Обычно катализаторы деградируют во время использования, что приводит к снижению активности. Однако мы наблюдали, что ток, проходящий через олово на наноструктурированном углероде, непрерывно увеличивался в течение 48 часов. Анализ продуктов реакции подтвердил, что почти все электроны использовались для восстановления CO2 до формиата, повышая производительность в 3,6 раза при сохранении почти 100% селективности».
Исследователи связали это самооптимизирующееся поведение с распадом оловянных микрочастиц на наночастицы размером до 3 нм во время реакции восстановления CO2. Бурвелл пояснил: «Используя электронную микроскопию, мы обнаружили, что более мелкие частицы олова достигают лучшего контакта с наноструктурированным углеродом электрода, улучшая транспорт электронов и увеличивая количество активных оловянных центров почти в десять раз».
Профессор Андрей Хлобыстов из Школы химии Университета Ноттингема подчеркнул важность этого открытия: «CO2 не только известный парниковый газ, но и ценное сырьё для производства химических веществ. Следовательно, разработка новых катализаторов из распространённых на Земле материалов, таких как углерод и олово, имеет важное значение для устойчивого преобразования CO2 и достижения целей по нулевым выбросам. Наши катализаторы также должны оставаться активными при длительном использовании, чтобы обеспечить наилучшую ценность».
Новый катализатор предлагает альтернативу традиционным термическим методам преобразования CO2, которые обычно полагаются на водород, получаемый из ископаемого топлива. Электрокатализ, использующий устойчивые источники энергии, такие как фотоэлектрические элементы и энергия ветра, а также широкую доступность воды в качестве источника водорода, может стать ключом к более экологичному будущему.