Новый катализатор поможет сделать углекислый газ сырьем, а не отходами
Исследователи МИЭМ НИУ ВШЭ совместно с китайскими учеными создали катализатор, который помогает эффективнее превращать углекислый газ в муравьиную кислоту. Благодаря углеродному покрытию он стабильно работает в кислой среде и при минимальном количестве калия, хотя ранее считалось, что элемент необходим в больших концентрациях. Это удешевит процесс переработки газа, а также упростит его промышленное применение — например, при получении топлива для экологичных видов транспорта.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications. Электрохимическое восстановление углекислого газа — процесс, в котором газ под действием электрического тока превращается в другие химические соединения. Его давно рассматривают не только как способ утилизации CO₂, но и как источник ценного сырья. Например, муравьиной кислоты, которая может использоваться как жидкое топливо, растворитель или компонент для химической промышленности.
Однако при электрохимическом восстановлении CO₂ возникает проблема: из-за побочной реакции выделяется водород, который снижает эффективность процесса. В щелочных растворах эту проблему решают добавлением большего количества ионов калия (K⁺), но это приводит не только к удорожанию процесса, но и к образованию осадков, засоряющих установку и ухудшающих ее работу. А если использовать, наоборот, кислую среду, то катализаторы быстро разрушаются и теряют эффективность.
Группа исследователей, включающая специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ, предложила альтернативный подход. Они разработали катализатор, стабильно работающий в кислой среде при минимальном количестве калия. Его основа — оксид индия (In₂O₃), покрытый тонким слоем углерода.
Сначала с помощью компьютерного моделирования сотрудники МИЭМ выяснили, как можно контролировать распределение ионов на поверхности катализатора. Модель показала, что углеродное покрытие не только защищает катализатор от разрушения, но и формирует электрическое поле, удерживающее ионы калия у его поверхности. Благодаря этому калий не выпадает в осадок, а нежелательные побочные реакции подавляются.
Чтобы проверить предсказания модели, китайские ученые синтезировали наночастицы оксида индия и покрыли их тонким слоем углерода. Затем провели серию экспериментов в электролитном реакторе. Они использовали сильно кислую среду и в разы меньше калия, чем в традиционных системах. Испытания показали, что даже в таких условиях катализатор оставался стабилен: он сохранял активность более 100 часов, при этом эффективность превращения CO₂ в муравьиную кислоту составляла 98,9%.
«Нам удалось показать, что можно отказаться от избытка калия, который усложняет эксплуатацию системы. Такой подход сделал процесс дешевле, а сам катализатор — более стабильным», — комментирует доцент МИЭМ НИУ ВШЭ Лю Дунюй.
Чтобы убедиться, что дело действительно в углеродном покрытии, исследователи провели дополнительные тесты. Они обнаружили, что без покрытия оксид индия быстро восстанавливается до металлического индия, который гораздо хуже справляется с электрохимическим восстановлением CO₂. Это подтвердило, что именно углеродный слой защищает катализатор, не давая ему разрушаться.
Метод не только упрощает технологию переработки углекислого газа, но и делает ее доступнее для промышленного применения. В отличие от традиционных щелочных систем, он не требует высокой концентрации калия и исключает образование осадков. Внедрение технологии в реальные установки может сделать переработку углекислого газа экологичнее.
«Мы сделали процесс более устойчивым и удобным для масштабирования, а значит, приблизили электрохимическое восстановление углекислого газа к применению на реальном производстве, — комментирует профессор МИЭМ НИУ ВШЭ Андрей Васенко. — Технология может быть полезна не только для синтеза муравьиной кислоты, но и для других процессов, связанных с переработкой CO₂».
Telegram 
Дзен 
VK Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно