Разработан новый способ синтеза метана из углекислого газа

Созданы одноатомные катализаторы для «зеленой энергетики», которые могут сохранять стабильность даже в экстремальных условиях.

Исследователи разработали масштабируемую технологию, которая позволяет эффективно превращать CO₂ и водород в метанол

Источник: Unsplash

Химики Швейцарской высшей технической школы Цюриха совершили прорыв в создании катализаторов для «зеленой» химии, разработав структуру с изолированными атомами металла. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

Метанол, ключевое сырье для пластмасс и топлива, играет важнейшую роль в отказе от ископаемых ресурсов. При использовании «зеленой» энергии его производство может стать климатически нейтральным, превращая атмосферный CO₂ в полезное сырье.

Ранее уже сообщалось о разработке масштабируемой технологии, которая позволяет эффективно превращать CO₂ и водород в метанол. Основой такого подхода является химический катализатор на основе оксида индия и небольшого количества палладия, который кроме побочного продукта — воды — генерирует чистый метанол.

Оксиды индия и циркония являются одними из самых селективных и стабильных катализаторов гидрирования CO₂ до метанола

Источник: Freepik

Новое достижение ученых — создание катализатора с одноатомной структурой. В отличие от обычных катализаторов, где металлы образуют частицы из сотен атомов, здесь активные атомы (в данном случае индий) закреплены поодиночке на поверхности оксида гафния. Эксперимент показал, что изолированные атомы индия на оксиде гафния обеспечивают более эффективный синтез метанола из CO₂, чем индий в виде наночастиц, содержащих большое количество атомов.

Чтобы целенаправленно закрепить отдельные атомы индия на поверхности оксида гафния, команда исследователей разработала различные методы синтеза. Одним из ключевых элементов этой разработки стала особая структура материала подложки, которая обеспечивает атомам стабильную среду.

В одном из протестированных производственных процессов исходные материалы сжигаются в пламени при температуре от 2000 до 3000 °C, а затем быстро охлаждаются. В таких условиях индий остается на поверхности, где он стабильно удерживается.

В одном из протестированных производственных процессов исходные материалы сжигаются в пламени при температуре от 2000 до 3000 °C, а затем быстро охлаждаются

Источник: Скриншот из видео (сообщество Поделки идеи своими руками )

Химики показали, что при включении атомов катализатора в термостойкий оксид гафния одноатомные катализаторы могут сохранять стабильность даже в экстремальных условиях. Таким образом, становятся возможны реакции, требующие высоких температур и давления. Например, для синтеза метанола из CO₂ и водорода необходимы температура до 300 °C и давление, в 50 раз превышающее атмосферное.

Ранее Наука Mail рассказала, что химикам удалось создать мощное топливо из сжатого углекислого газа.