Исследовательская группа Университета Сучжоу в КНР разработала простую методику создания катализаторов на основе медно-кобальтовых сплавов, которые обеспечивают эффективное выделение метана в электрокаталитическом восстановлении диоксида углерода. Об этом сообщает портал Eurekalert.
Мир в значительной степени зависит от ископаемого топлива для обеспечения своей промышленности и транспорта, что приводит к чрезмерным выбросам углекислого газа и, в свою очередь, способствует глобальному потеплению и закислению океана. Один из способов уменьшить выбросы двуокиси углерода – это процессы их электровосстановления в топливо или полезные химические вещества.
Идея использования этой технологии для производства метана вызвала широкий интерес, однако вплоть до настоящего времени исследователи добились ограниченных успехов в разработке эффективных катализаторов метана.
Многие образцы, которые были разработаны, не подходили для использования с точки зрения селективности или плотности тока. К тому же, несмотря на научную важность ряда открытий, технологии, использованные при создании катализаторов для метана, являлись слишком дорогостоящими, чтобы их можно было использовать на практике.
Исследовательская группа Университета Сучжоу смогла впервые разработать простую и эффективную технологию создания катализаторов на основе медно-кобальтовых сплавов, которые обеспечивают высокий выход метана в электрокаталитическом восстановлении диоксида углерода.
Китайские исследователи применили металлоорганические каркасы как способ преодолеть прежние проблемы при создании катализаторов для метана.
«Металлоорганические каркасы удачно подошли в качестве катализаторов электрохимической реакции восстановления диоксида углерода, поскольку они предлагают настраиваемую платформу для систематического изменения координации металлических участков, регулирования слоя Гельмгольца и контроля связывания промежуточных соединений», – отметил руководитель исследования профессор Ян Пэн из Энергетического колледжа Университета Сучжоу.
Упомянутый им «слой Гельмгольца» относится к граничным поверхностям и появляется там, где электронный проводник вступает в контакт с ионным проводником. Тем не менее, стабильность металлоорганических каркасов во время электролитического процесса оставалась ограничивающей проблемой для получения более надежных каталитических ансамблей после реакции восстановления.
Исследователи из Университета Сучжоу воспользовались однородно распределенными металлическими центрами металлоорганического каркаса. В итоге они получили электрохимически восстановленные медно-кобальтовые сплавы, которые обеспечивают выдающуюся метановую активность и селективность в электрокаталитическом восстановлении диоксида углерода. Модулируя концентрацию легирующего кобальта, команда добилась замечательного фарадеевского КПД 60% по метану при высокой рабочей плотности тока.
Кроме того, это исследование также дает важные сведения об управлении путями электрокаталитического восстановления диоксида углерода на меди посредством атомного легирования 3d-переходных металлов, к которым относятся элементы периодической таблицы от 22 Ti (титана) до 29 Cu (меди).
«Самый важный вывод нашей научной работы заключается в том, что путем атомарного легирования меди другими 3d-переходными металлами, даже в небольшом количестве, можно контролируемо модулировать энергетику и путь электрокаталитического восстановления диоксида углерода», – подчеркнул Пэн.
В качестве следующего шага исследователи хотят добиться большей стабильности процесса производства метана в промышленных масштабах. По словам Пэна, они намерены сделать это путем тестирования каталитической системы в сборке мембранных электродов.