Новый катализатор позволил эффективно преобразовать CO2 в этилен | Популярный Университет

Новый катализатор позволил эффективно преобразовать CO2 в этилен

Новый катализатор позволил эффективно преобразовать CO2 в этилен

Американские исследователи продемонстрировали способ активации «наноцепей» медного катализатора. Модификация поверхности позволила эффективно и с высокой селективностью преобразовывать углекислый газ CO2 в этилен. Исследование опубликовано в Nature Catalysis.

Эффективное преобразование выбрасываемого углекислого газа — важная и сложная задача переработки отходов. Например, мы уже рассказывали про каталитический процесс Фишера-Тропша — превращение синтез-газа в полезные углеводороды. Для реализации такого процесса сначала преобразуют углекислый газ CO2 в синтез-газ, который затем на катализаторах превращают в синтетическое топливо.

Существуют и другие варианты рационального использования отходящего CO2 — например, его электрохимическое восстановление в небольшие органические молекулы. Этот процесс тоже каталитический. Наиболее удобным, эффективным и активно исследуемым катализатором является медь. Однако с медным катализатором возникает ряд проблем, прежде всего — низкая селективность (сложно получить один конкретный продукт) и долговечность катализатора.

В своей недавней работе американские исследователи продемонстрировали получение таких наночастиц медного катализатора, которые проявляют высокую селективность преобразования CO2 в этилен.

Главная особенность состоит не в синтезе катализатора, а в его электрохимической активации. Синтезированные «наноцепи» меди наносят на электрод и выдерживают в электрохимической ячейке при достаточно большом перенапряжении. Из-за протекающих электродных процессов наночастицы приобретают неровную ступенчатую поверхность.

Активированные таким образом образцы показали наилучшую эффективность. Выход этилена в реакции восстановления CO2 превышал 70%, по сравнению с 50% для неактивированных частиц. К тому же, такой катализатор был устойчив в течение 200 часов работы.

Исследователи показали, что постепенное увеличение «ступенчатости» структуры приводит к росту выхода этилена. Причина резкого повышения селективности катализатора по этилену — в модификации поверхности. При помощи квантово-механических расчётов авторы работы показали, что наличие ступеней в структуре увеличивает адсорбцию и локальную концентрацию частиц CO, а наличие двух прилежащих частиц CO на поверхности делает возможным формирование связи углерод-углерод.

То, что такая модификация увеличивает селективность именно по этилену — крайне важное обстоятельство. Этилен используется для получения широкого круга веществ — например, полимерных материалов. Продемонстрированный американскими исследователями подход может помочь химиками и инженерам в дальнейшей разработке новых эффективных катализаторов.

Автор: Максим Мазурин
Редактор: Анастасия Воротникова

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: