Ученые создали нанокатализатор, превращающий СО2 в ценные химические продукты

Нанокомпозитный катализатор

• состоит из наночастиц на основе среднеэнтропийного оксида - сплава, содержащего железо, кобальт, никель и медь, - равномерно распределенных на поверхности восстановленного оксида графена;
• превращает углекислый газ в метилбутанол и другие ценные для промышленности спирты и кетоны;
• поможет одновременно замедлить накопление углекислого газа в атмосфере и производить химическое сырье.

Подробности эксперимента

• соли соответствующих металлов растворили в воде, обработали их аммиаком, после чего добавили в смесь стабилизатор и нагрели до 180°C;
• полученный осадок прокалили при 800°C, в результате чего сформировались наночастицы среднеэнтропийного оксида с желаемой кристаллической структурой;
• на заключительном этапе их нанесли на поверхность восстановленного оксида графена;
• поместили катализатор в электродную ячейку - камеру, в которой углекислый газ может быть электрохимически восстановлен до органических соединений;
• углекислый газ непрерывно подавали в такую ячейку для проведения превращения.

Эксперимент показал, что катализатор:

• преобразует углекислый газ в органические соединения с высокой эффективностью - 77%;
• остается стабильным и не теряет свою активность в течение как минимум 10 ч. - это говорит о том, что его использование не будет связано с большими затратами на постоянный синтез и частую замену отработавших материалов.

Доцент НИУ ВШЭ А. Остовари Могаддам сообщил, что реакция протекала при атмосферном давлении и комнатной температуре, что делает превращение энергетически выгодным и простым для масштабирования.
По его словам, такие мягкие условия выгодно отличают разработанную методику от альтернативных подходов к восстановлению углекислого газа, обычно требующих значительных энергетических затрат.

Отмечается, что другие катализаторы, например, на основе серебра и меди, которые используются для такой реакции, обычно приводят к образованию продукта (этилена) с эффективностью ниже 60%. При этом материал работал с довольно высокой избирательностью: 60% всех полученных в ходе реакции продуктов были представлены всего 2^я соединениями - метилбутанолом и метилбутаноном. Эти вещества используются в химической промышленности при синтезе фармацевтических препаратов, ароматизаторов и растворителей, поэтому считаются ценным сырьем.

Тезисы А. Остовари Могаддама:

• в дальнейшем мы планируем синтезировать новые высокоэнтропийные наночастицы и использовать их для реакции восстановления углекислого газа с получением ценных продуктов;
• наша цель - еще больше увеличить эффективность и избирательность реакции по получению желаемых продуктов;
• кроме того, мы планируем использовать наши катализаторы для новых применений, связанных с энергетикой, таких как литий-серные и цинково-воздушные аккумуляторные батареи, чтобы повысить производительность и срок службы этих аккумуляторов следующего поколения.

Ученые из НИУ ВШЭ много лет работают над созданием различных катализаторов, позволяющих улавливать СО₂ из атмосферы и превращать углекислый газ в ценное сырье для промышленности. Ранее российские химики в сотрудничестве с китайскими коллегами создали нанокатализатор на базе углерода и индия, преобразующий молекулы СО₂ в муравьиную кислоту.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в The Journal of Physical Chemistry Letters (прим. - Пресс-служба РНФ). 

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ.