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 Исследователи из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН определили, при каких условиях квазиклассические модели водородной плазмы начинают давать нефизичные результаты. Ученые показали, что при достаточно сильном взаимодействии частиц такие модели перестают правильно учитывать квантовые эффекты, связанные с принципом Паули. В результате в расчетах возникают нефизичные электрон-ионные кластеры, а моделируемая система теряет устойчивость.
Исследователи из США выяснили, что Луна могла возникнуть практически сразу после гигантского столкновения прото-Земли с планетой Тейя, а не собираться месяцами из диска обломков. Ключевым фактором назвали геологический материал пород, который прошлые модели не учитывали.
Птичьи голоса считаются важной частью природного звукового ландшафта, однако одни из них кажутся людям приятными и успокаивающими, а другие — резкими и тревожными. Эксперимент с записями 123 видов показал, что людям больше нравится негромкое и разнообразное пение без очень низких тонов и широких перепадов высоты.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Международная группа физиков зафиксировала под землей в США аномальный всплеск энергии, похожий на прямое столкновение невидимой частицы темной материи с обычным веществом. Подземные датчики поймали сигнал, который не удалось списать ни на один из известных науке видов радиации или фоновых помех.
Мумии сохраняют следы не только болезней и травм, но и самих процедур, которым подвергали тела после смерти. Компьютерная томография головы мумии, много десятилетий пролежавшей в музее, раскрыла не совсем привычный способ извлечения мозга и другие детали бальзамирования.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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