мікрофотографія каталізатора

Dr. Yang Song et al. / ChemistrySelect, 2016

Хіміки з Національної лабораторії Оак Рідж розробили каталізатор, здатний перетворювати розчинений у воді вуглекислий газ в етанол під дією електричного струму. Каталізатор складається з вуглецевого наноматериал - «вуглецевих наношіпов», на якому розташовуються мідні наночастинки. Вчені відзначають високу селективність каталізатора - 84 відсотки: з широкого спектру органічних речовин він відновлює димери вуглекислого газу в першу чергу в етанол. Хоча розробку ще не можна застосовувати в промисловості, вона відкриває нові шляхи до синтезу біопалива. дослідження опубліковано в журналі ChemistrySelect.

Електрохімічні реакції - клас реакцій, що протікають під дією електричного струму. До них відносяться, наприклад, електроліз водних розчинів, меднение або нікелювання різних виробів під дією струму. У разі органічних речовин електрохімічні реакції можуть призводити до більш складним перетворень, ніж відновлення металу з його солі. Так, при електролізі солей оцтової кислоти (CH3COO-) на аноді відбувається виділення етану (С2H6) в результаті складного багатостадійного перетворення - електросинтезу Кольбе.

Одне із завдань, що вирішуються сьогодні хіміками, - залучення в подібні реакції вуглекислого газу. Це дозволить отримувати паливо з продуктів горіння і, можливо, знизити потребу в викопному паливі (нафти і вугіллі). Існують каталізатори, які здатні з високим виходом (з розрахунку грам речовини на кулон минулого заряду) перетворювати CO2 в метан. Однак ефективність синтезу органічних речовин, більш складних, ніж метан, все ще невелика. Разом з тим, складні органічні речовини становлять великий інтерес з точки зору хімічної промисловості.

Раніше хіміки з'ясували, що при відновленні вуглекислого газу на мідних електродах відбувається утворення відразу ряду сполук - мурашиної кислоти, етилену, метану, чадного газу, етану і етанолу. Але домогтися високого виходу індивідуального речовини вдавалося лише в подібній реакції відновлення чадного газу (CO). У новій роботі вчені, за їх власним визнанням , Випадково відкрили спосіб ефективного перетворення вуглекислого газу в етанол.

мікрофотографія каталізатора

Dr. Yang Song et al. / ChemistrySelect, 2016

Хіміки створили каталізатор, в основі якого лежать вуглецеві наношіпи. Цей матеріал являє собою тонку плівку з загостреними виростами довжиною до 80 нанометрів (тисячних часток мікрона) і діаметром вершини всього в два нанометра. Вчені використовували вуглець з невеликим допирования (домішкою) азоту. На тонку плівку автори взяли в облогу мідні наночастинки, після чого завантажили каталізатор в воду разом з ще одним електродом і подали на них напруга.

За словами вчених, в електрохімічну реакцію вступали димери (пари молекул) вуглекислого газу, розчиненого у воді. Відбувалася реакція 12-електронного відновлення за участю молекул води, механізм якої ще не до кінця вивчений хіміками - утворювалася молекула етанолу. Як розповідають автори, селективність, або вибірковість, каталізатора пов'язана з наявністю активних центрів як на наночастицах міді, так і на вуглеці. Ймовірно, саме їх поєднання призводить до такого результату. Вихід реакції по току становить 63 відсотки, а домішки до продуктів відновлення складають не більше 16 відсотків.

Вчені відзначають, що каталізатор вимагає при роботі великого перенапруги - перевищення робочої напруги над теоретично необхідним. Це може перешкодити його використанню в промисловості, оскільки перенапруження призводить до втрат енергії. Проте, існують способи боротися з ним, наприклад, за допомогою оптимально підібраного розчинника.

Раніше хіміки з Університету Південної Каліфорнії знайшли ефективний метод перетворення атмосферного вуглекислого газу в метанол - більш легкий спирт, ніж етанол. Інша група вчених з Університету Джорджа Вашингтона запропонувала методику перетворення вуглекислого газу в вуглецеві волокна, що використовуються в композитних матеріалах.

Володимир Корольов