Ученые разработали замечательный и эффективный метод утилизации главного виновника глобального потепления — углекислого газа.
Проблема увеличения концентрации CO₂ в атмосфере — одна из основных в наше время: индустриализация, вырубка лесов и использование ископаемого топлива способствуют росту его выбросов, и полностью избежать этого пока невозможно. Поэтому помимо снижения выбросов ученые исследуют способы, как преобразовывать газ, который все равно образуется, в полезные вещества. В этом контексте медные катализаторы вызывают интерес, так как именно они позволяют из углекислого газа синтезировать углеводороды и спирты. Однако до сих пор оставалось неясным, как управлять процессом, чтобы получить больше нужного продукта и меньше побочных.
Команда, возглавляемая Томасом Шмидтом и Беатрис Рольдан Куэнья из Института Фрица Габера (Берлин), применила новый метод — обработку медных поверхностей чередующимися электрическими импульсами. При «положительном» импульсе поверхность меди частично растворяется, формируя крошечные пирамидальные структуры и тонкую (~1 нанометр) пленку оксида меди Cu (I). Следующий, «отрицательный» импульс восстанавливает только верхний слой этой пленки, создавая своеобразный «сэндвич»: сверху — тонкий слой металлической меди, под ним — слой Cu (I), а ниже находится исходная поверхность меди.
Эти перестройки оказываются ключевыми для повышения эффективности катализа. Ученые продемонстрировали, что сочетание металлической меди и оксида меди особенно способствует образованию этанола, а пирамидальные структуры на металлической поверхности усиливают выход этилена. Иными словами, с помощью электрических импульсов можно буквально «настраивать» катализатор, управляя тем, какие продукты будут образовываться в ходе реакции.
Для наблюдения этих процессов использовались современные методы спектро-микроскопии, позволяющие заглянуть вглубь материала на нанометровом уровне и проследить за изменениями почти в реальном времени. Благодаря этому стало понятно, что ключевую роль играет не только сама медь, но и динамика ее преобразований под воздействием электрических импульсов.
Полученные результаты не ограничиваются фундаментальной наукой. Более эффективное преобразование CO₂ в этанол и этилен открывает новые возможности для производства возобновляемых видов топлива и сырья для химической промышленности, при этом снижая количество парникового газа в атмосфере.
Фото: hi-tech.mail.ru