Исследователи из Рурского университета в Бохуме и Университета Дуйсбург-Эссен разработали новый катализатор для превращения углекислого газа (CO2) в химические вещества или топливо. Они оптимизировали уже имеющиеся медные катализаторы для повышения их селективности и долгосрочной стабильности. Результаты описываются командой во главе с доктором Янфангом Сонгом и профессором Вольфгангом Шухманом из Бохумского центра электрохимии вместе с командой во главе с профессором Кориной Андронеску из группы технической химии III Дуйсбург-Эссен в журнале Angewandte Chemie, опубликованном в Интернете 9 февраля 2021 года.

Бор делает медный катализатор стабильным

Климатический газ CO2 может быть преобразован в более крупные углеродные соединения, которые могут быть использованы в качестве базовых химических веществ для промышленности или в качестве топлива. Исследователи развивают идею электрохимического преобразования CO2 с помощью возобновляемых источников энергии. Это не только создаст полезные продукты, но и послужит хранилищем для возобновляемых источников энергии. Медь уже появилась в качестве многообещающего катализатора в предыдущих исследованиях, но она должна быть в форме частично положительно заряженного иона—и именно в этом заключается проблема.

В обычных условиях реакции медь быстро переходит из положительно заряженной формы в нейтральное состояние, что неблагоприятно для образования продуктов с более чем двумя атомами углерода и тем самым дезактивирует катализатор.

Поэтому команда из Бохума и Дуйсбурга-Эссена модифицировала медный катализатор бором. Исследователи проверили различные соотношения меди и бора и определили оптимальный состав, благоприятствующий образованию соединений с более чем двумя атомами углерода. Они также показали, что бор-медный катализатор может работать при плотностях тока, необходимых в промышленных масштабах.

Цинк предотвращает коррозионные повреждения

Они реализовали систему в виде газодиффузионного электрода, в котором твердый катализатор катализирует электрохимическую реакцию между жидкой и газовой фазами. Важно, чтобы достаточное количество СО2 растворялось в пограничной области между газовой и жидкой фазами. Ученым удалось сделать это с помощью специального связующего.

Другая задача состоит в том, чтобы поддерживать стабильность системы в течение длительного периода времени. Например, необходимо предотвратить коррозию электродов. С этой целью химики включили в систему так называемый жертвенный анод из цинка. Поскольку цинк-менее благородный металл, чем медь, он сначала подвергается коррозии, а медь-щадится.

"Сочетание селективного и активного каталитического материала в газодиффузионном электроде и добавление стабилизирующего цинка является важным шагом на пути к использованию CO2 для синтеза базовых химических веществ", - резюмирует Вольфганг Шухман.

ИСТОЧНИК