Химики научились превращать «пузырьки в минералке» в спирт

Химики из Национальной лаборатории Оак Ридж разработали катализатор, способный превращать растворенный в воде углекислый газ в этанол под действием электрического тока. Катализатор состоит из углеродного наноматериала — «углеродных наношипов», на котором располагаются медные наночастицы. Ученые отмечают высокую селективность катализатора — 84 процента: из широкого спектра органических веществ он восстанавливает димеры углекислого газа в первую очередь в этанол. Хотя разработку еще нельзя применять в промышленности, она открывает новые пути к синтезу биотоплива. Исследование опубликовано в журнале ChemistrySelect.

Электрохимические реакции — класс реакций, протекающих под действием химического тока. К ним относятся, например, электролиз водных растворов, меднение или никелирование различных изделий под действием тока. В случае органических веществ электрохимические реакции могут приводить к более сложным превращениям, нежели восстановление металла из его соли. Так, при электролизе солей уксусной кислоты (CH3COO-) на аноде происходит выделение этана (С2H6) в результате сложного многостадийного превращения — электросинтеза Кольбе.

Одна из задач, решаемых сегодня химиками, — вовлечение в подобные реакции углекислого газа. Это позволит получать топливо из продуктов горения и, возможно, снизить потребность в ископаемом топливе (нефти и угле). Существуют катализаторы, которые способны с высоким выходом (из расчета грамм вещества на кулон прошедшего заряда) преобразовывать CO2 в метан. Однако эффективность синтеза органических веществ, более сложных, чем метан, все еще невелика. Вместе с тем, сложные органические вещества представляют большой интерес с точки зрения химической промышленности.

Ранее химики выяснили, что при восстановлении углекислого газа на медных электродах происходит образование сразу ряда соединений — муравьиной кислоты, этилена, метана, угарного газа, этана и этанола. Но добиться высокого выхода индивидуального вещества удавалось лишь в сходной реакции восстановления угарного газа (CO). В новой работе ученые, по их собственному признанию, случайно открыли способ эффективного превращения углекислого газа в этанол. Химики создали катализатор, в основе которого лежат углеродные наношипы. Этот материал представляет собой тонкую пленку с остроконечными выростами длиной до 80 нанометров (тысячных долей микрона) и диаметром вершины всего в два нанометра. Ученые использовали углерод с небольшим допированием (примесью) азота. На тонкую пленку авторы осадили медные наночастицы, после чего погрузили катализатор в воду вместе с еще одним электродом и подали на них напряжение.

По словам ученых, в электрохимическую реакцию вступали димеры (пары молекул) углекислого газа, растворенного в воде. Происходила реакция 12-электронного восстановления с участием молекул воды, механизм которой еще не до конца изучен химиками — образовывалась молекула этанола. Как рассказывают авторы, селективность, или избирательность, катализатора связана с наличием активных центров как на наночастицах меди, так и на углероде. Вероятно, именно их сочетание приводит к такому результату. Выход реакции по току составляет 63 процента, а примеси к продуктам восстановления составляют не более 16 процентов.

Ученые отмечают, что катализатор требует при работе большого перенапряжения — превышения рабочего напряжения над теоретически необходимым. Это может помешать его использованию в промышленности, поскольку перенапряжение приводит к потерям энергии. Тем не менее, существуют способы бороться с ним, например, с помощью оптимально подобранного растворителя.

Ранее химики из Университета Южной Калифорнии нашли эффективный метод превращения атмосферного углекислого газа в метанол — более легкий спирт, чем этанол. Другая группа ученых из Университета Джорджа Вашингтона предложила методику превращения углекислого газа в углеродные волокна, используемые в композитных материалах.

N+1, Владимир Королёв

Рекомендуємо прочитати

Украинские спецслужбы разоблачили сеть офицеров-шпионов российского ГРУ

Сотрудники СБУ разоблачили сеть из офицеров Главного разведывательного управления Российской Федерации, которые шпионили на территории Украины....

Це може бути цікавим

Донецкие боевики грабят даже инвалидов

Но "народные республики" были изобретены не за тем, чтобы облегчить народу жизнь....

загрузка...

Схожі публікації

Дивіться, що пишуть

​Блокада досягла проміжних результатів. Що далі?

Які причини? Невиконання своїх обов'язків депутатами ВР, Президентом і прем'єр - міністром України....