Новости химической науки > Катализатор восстановит углекислый газ до углеводородов

Углеводороды до настоящего времени продолжают оставаться основным источником энергии, однако возникает вопрос – можно ли предложить другие источники углеводородов помимо нефти и природного газа? Почему нельзя обратить процесс сжигания и разработать процесс получения углеводородов из CO₂ и воды?

Несмотря на кажущуюся фантастичность такой технологии, она возможна при наличии подходящих катализаторов фотоинициируемых процессов восстановления.

Для того, чтобы приблизить создание технологии получения углеводородов из диоксида углерода, исследователи из Японии и Китая разработали новую эффективную фотогальваническую систему.

Фотокаталитическое восстановление диоксида углерода водным раствором гидразина над наночастицами из сплава Au–Cu, нанесенными на коаксиальные системы из нанотрубок, изготовленных из SrTiO₃/TiO₂. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2014, doi: 10.1002/anie.201409183)

В последние годы был разработан целый класс катализаторов для фотокаталитического восстановления диоксида углерода, основой которых были титанат стронция (SrTiO₃, STO) или диоксид титана (TiO₂). Исследователи из группы Циньхуа Йе (Jinhua Ye) предположили, что гетероматериал, полученный за счет комбинации и титаната, и диоксида титана сможет стать еще более эффективным катализатором.

Совместная работа исследователей из Китая и Японии позволила получить системы коаксиально объединенных нанотрубок из SrTiO₃ и TiO₂. Полученные нанотрубки были загружены наночастицами из сплава меди с золотом. В качестве источника водорода и для поддержания восстанавливающей среды использовался гидразингидрат (N₂H₄˙H₂O). Полученная система продемонстрировала эффективную конверсию диоксида углерода до CO и метана, а также до других углеводородов.

Облучение солнечным светом способствует высвобождению электронов в полупроводниковых нанотрубках. Гетероструктура SrTiO₃/TiO₂ способствует разделению зарядов лучше, чем каждый из образующих ее компонентов. Электроны переносятся на биметаллические наночастицы, состоящие из благородных металлов, а затем с них – на углекислый газ, который и восстанавливается до CO и других газообразных продуктов. Большая площадь поверхности клубков нанотрубок и высокая пористость их стенок обеспечивает высокую степень диффузии газа и способствует эффективному переносу заряда.

То обстоятельство, что наночастицы созданы именно из сплава золота и меди, способствует более эффективному предотвращению возврата фотоэлектронов на полупроводники, чем при использовании чистых металлов. Гидразингидрат является источником водорода, обеспечивает восстановление катализаторов, а также формирует восстанавливающую атмосферу, которая способствует стабилизации металлических наночастиц. Если использовать в качестве источника водорода воду, каталитическая система быстро дезактивируется. Оптимальное соотношение золота к меди, при котором образуется наибольшее количество углеводородов, составляет 3:1.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2014, doi: 10.1002/anie.201409183

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #новые материалы, #фотохимия, фотокатализ, #химия поверхности