Выброс углекислого газа считается одной из основных причин глобального потепления. Одним из возможных решений является электрохимическое преобразование CO2 в более полезные молекулы, например, в такие как монооксид углерода, муравьиная кислота или углеводороды. Все эти вещества являются важными промежуточными продуктами в производстве топлива и химикатов. Однако потребность в энергии для проведения таких реакций все еще слишком высока.

Electrochemical method converts carbon dioxide with 100% efficiency. Credit: University of Twente

Поэтому исследователи из University of Twente в сотрудничестве с компанией Shell разработали новую технологию, позволяющую перерабатывать углекислый газ в монооксид углерода, который является важным сырьем для производства различных химических продуктов.

"С помощью новых молекул, разработанных в ходе нашего эксперимента, нам удалось создать новую технологию преобразования углекислого газа", - заявил доктор философии и ведущий автор проекта Собхан Нейризи из University of Twente.

Новые молекулы, разработанные Собханом Нейризи и его коллегами, способны значительно упростить электрохимическое преобразование углекислого газа. "Наши молекулы действуют как сопутствующие катализаторы, которые в значительной степени снижают затраты электроэнергии на протекание реакций", - продолжает Нейризи. По утверждению разработчиков, такие вещества могут быть использованы для поиска принципиально новых способов протекания реакции. "Кроме того, мы можем предложить принципы конструирования для разработки более эффективных молекул в будущем", - заявили ученые.

Graphical abstracts. Credit: ACS Energy Leters (2022). DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01372

В электрохимии основным источником энергии являются электроны. Для того чтобы преобразовать CO2 в монооксид углерода в обычных условиях требуется большое количество энергии. Однако расход энергии можно резко сократить, если одновременно переносить протоны и электроны к молекулам углекислого газа. Для этого ученые разработали дисковые электроды, покрытые тончайшим слоем золота. Играя роль катализаторов, позолоченные диски позволили эффективно осуществить одновременный перенос элементарных частиц.

"Нам удалось достичь 100% эффективности преобразования, то есть все электроны, участвовавшие в реакции, были полностью переработаны", - объясняет Нейризи.

Новая технология, продемонстрированная учеными, открывает широкие возможности для повышения энергоэффективности электрохимического восстановления CO2 в неводных средах путем индивидуального расчета количества катионов в электролите.

Источники: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c01372