Многие исследователи разрабатывали реакции по преобразованию углекислого газа (CO2) в полезные вещества, такие как топливо или химические реактивы. Однако все эти методы имели недостатки и были далеки от 100% эффективности. Побочными продуктами таких реакций часто становились водород или карбонаты, приводя к напрасной трате энергии. Но группа ученых из США открыла технологический процесс, который позволяет осуществлять абсолютно эффективное преобразование CO2 в топливо или химические реактивы с использованием недорогого цинкового катализатора, что является прорывом в данной области.

Это открытие было сделано исследователями из Школы молекулярной инженерии Притцкера Чикагского университета (UChicago Pritzker School of Molecular Engineering). Их работа была опубликована в рецензируемом научном журнале Nature. Ученые поставили перед собой цель создать условия для высочайшего контроля над молекулами воды в растворе, чтобы каждый протон в электрохимическом процессе преобразования CO2 расходовался на синтез синтетического топлива или химических реактивов, таких как этанол, метиловый спирт, муравьиная кислота и другие соединения, а не на образование бесполезных побочных продуктов вроде газообразного водорода или карбонатов.

"Представьте, что мы сможем получать экологически чистую электроэнергию от солнца и ветра, а затем использовать эту энергию для превращения любого углекислого газа обратно в топливо", - поделился своим видением первый автор статьи Реджи Гомес.

Исследователи использовали хорошо известную реакцию электрохимического восстановления диоксида углерода (CO2R). В ходе этой реакции молекулы углекислого газа в присутствии воды распадаются на атомы углерода, кислорода и водорода. Задача заключалась в том, чтобы затем собрать необходимые молекулы без образования побочных продуктов. Ученые решали эту задачу, получая контроль над поведением молекул воды в растворе путем изменения его кислотности и регулирования электрохимических и электростатических связей молекул.

Наилучший результат был достигнут в присутствии катализаторов из золота, серебра и платины. Эти металлы наиболее эффективно подавляли реакции образования водорода в процессе электрохимической реакции. Однако для массового производства химреактивов и синтетического топлива использование драгоценных металлов неприемлемо из-за их высокой стоимости. После дальнейших поисков ученые обнаружили, что обычный и широко распространенный в земной коре цинк может выступать эффективным и недорогим катализатором этого процесса.

"На данный момент лучший способ осуществить это [преобразование CO2] электрохимически при комнатной температуре - использовать драгоценные металлы. Золото и серебро могут немного подавлять реакцию выделения водорода, - поясняют авторы работы. - Благодаря нашему открытию мы теперь можем использовать распространенный на Земле металл цинк, потому что у нас появился отдельный способ контроля воды".

Таким образом, изобретенный учеными метод может стать экономически эффективным решением проблемы утилизации углекислого газа путем его превращения в ценные продукты, не образуя при этом вредных побочных продуктов. Это открывает перспективы для развития "зеленой" энергетики и химической промышленности на основе возобновляемых источников энергии.

Источник: 3dnews.ru