Новости химической науки > Медь улавливает диоксид углерода

Группа исследователей из Нидерландов разработала комплекс-ловушку, способный удалять оксид углерода(IV) из сложной смеси газов, в том числе и воздуха.

Биядерный комплекс меди (I) на воздухе окисляется диоксидом углерода с большей скоростью, чем кислородом. (Рисунок из Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1177981)

Исследователи под руководством Элизабет Бауман (Elisabeth Bouwman) из Университета Лейдена получили селективный комплекс меди, способный к селективному взаимодействию с диоксидом углерода и игнорирующий другие газы, входящие в состав атмосферы. Не менее важным результатом исследовательского проекта, чем создание самого комплекса, является и то, что захваченный комплексом CO₂ может быть выделен из состава координационного соединения с помощью электрохимических методов, для замещения утраченных электронов требуется сравнительно невысокое значение электрического потенциала.

Раствор нового комплекса меди может поглощать углекислый газ при выдерживании на воздухе. Комплекс обладает двумя медьсодержащими центрами связывания, с которыми, как предполагают авторы, связываются оба атома кислорода, входящего в состав CO₂. Атомы углерода, входящие в состав координированного с медью CO₂, связываются друг с другом, формируя оксалат-анион, связанный с обоими атомами меди.

Диоксид углерода превращается в оксалат-анион в координационной сфере меди. (Рисунок из Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1177981)

Для того, чтобы вытеснить оксалат из координационной сферы меди и использовать комплекс повторно, исследователи добавили к раствору соль лития и приложили потенциал -0.03В (относительно нормального водородного электрода). Ионы лития связываются с оксалатом, в результате чего оксалат лития полностью осаждается из раствора, а приложенный потенциал восстанавливает ионы меди. В течение семи часов исследователи смогли провести шесть циклов, каждый из которых включал в себя удаление диоксида углерода, происходившее при пробулькивании CO₂ через раствор комплекса меди и осаждение оксалата ионами лития, продемонстрировав, что медный комплекс может быть газопоглотителем CO₂ многоразового использования.

Процесс отделения углекислого газа протекает гладко чуть больше, чем три часа, после чего его эффективность понижается благодаря тому, что образование оксида оксалата лития отравляет электроды. Исследователи предполагают, что на практике осадок оксалата можно отбирать для конверсии с метанол, формальдегид, этиленгликоль (применяется в качестве антифриза) или щавелевую кислоту (может использоваться в процессах реставрации изделии из древесины или в некоторых препаратах для бытовой химии).

Бауман отмечает, что проведенное в его группе исследование является исключительно фундаментальным, и полученные пилотские результаты еще требуют дальнейших исследований для применения в промышленности. Очевидно, что метод улавливания углекислого газа в том виде, в котором он разработан, будет достаточно дорогим из-за необходимости в электрохимическом восстановлении меди.

Иоганнес Нотни (Johannes Notni), специалист по комплексам переходных металлов, связывающих диоксид углерода, работающий в Техническом Университете Мюнхена, отмечает, что статья Бауман представляет собой отличную работу в области неорганической химии. Однако он полагает, что никакая химическая система, разработанная человеком, не сможет сравниться в эффективности с природой в улавливании диоксида углерода и переработке его в богатые энергией соединения, поэтому он полагает, что наиболее эффективными системами поглощения углекислого газа являются фотосинтетические системы.

Источник: Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1177981

метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #органическая химия, #химическая технология, #элементоорганическая химия