Разработка технологий переработки углекислого газа в полезные продукты является актуальной научной задачей. Одно из перспективных направлений — фотокатализ, позволяющий проводить реакции в условиях окружающей среды. Традиционно для этого применяются катализаторы на основе диоксида титана и дорогостоящих благородных металлов.
Российские исследователи предложили альтернативу, создав композитный материал из диоксида титана и высокоэнтропийного карбида. Этот карбид синтезирован в ТПУ безвакуумным электродуговым методом из порошков титана, циркония, ниобия, гафния, тантала и углерода. В пресс-службе вуза пояснили, что этот метод позволяет получать материалы с помощью дугового разряда на открытом воздухе, без сложного вакуумного оборудования. Комбинирование нескольких металлов в составе карбида дает возможность настраивать свойства материала, включая каталитическую активность.
В ходе данного исследования были разработаны и исследованы композитные фотокатализаторы на основе диоксида титана и высокоэнтропийного карбида. Карбид был получен безвакуумным электродуговым методом из порошков титана, циркония, ниобия, гафния, тантала и углерода. Свойства высокоэнтропийных карбидов пока остаются малоизученными, и в представленной работе наши коллеги выявили их потенциальное применение в сфере фотокатализа
Перед экспериментами было проведено цифровое моделирование адсорбционных и электронных свойств карбида. Оно показало, что смешение металлов в его структуре создает больше активных центров на поверхности. Это стало теоретическим обоснованием для испытаний. Катализаторы получали, смешивая карбид с диоксидом титана. Тесты фотокаталитической активности под видимым светом подтвердили эффективность композита. Наибольшая скорость образования метана была достигнута при содержании 10% карбида. Этот результат в семь раз превысил показатели чистого диоксида титана.
Ученые установили, что добавка карбида улучшает поглощение света и способствует разделению зарядов, что продлевает их жизнь и усиливает катализ. Исследования также включали долговременные эксперименты для изучения стабильности катализатора и причин его дезактивации. Результаты работы, опубликованные в журнале Materials Today Energy, демонстрируют потенциал высокоэнтропийных карбидов для фотокаталитического преобразования углекислого газа.
Ранее томские ученые создали катализатор для переработки синтез-газа.
