Крем от загара помог ученым превратить воздух в топливо
Корейские химики создали необычный наноматериал, который позволяет превращать углекислый газ в метан, используя лишь энергию света, и опубликовали "рецепт" по его производству в журнале Nature Communications.
"Наш катализатор крайне сложно сравнивать с другими типами подобных наночастиц, так как все такие эксперименты проводились в крайне разных условиях. Тем не менее, уже сейчас можно сказать, что он обладает рекордно высоким уровнем активности и эффективности, и в некоторых случаях превосходит конкурентов на два три порядка", - пишет Хюнджун Сун (Hyunjoon Song) из Института KAIST в Тэджоне (Корея).
В последние годы ученые активно пытаются найти способ превращения атмосферного СО2 в биотопливо и другие полезные вещества. К примеру, в июле прошлого года физики из Чикаго создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО2 и производства угарного газа и водорода, а в октябре их коллеги из Национальной лаборатории в Оак-Ридж создали катализатор, преобразующий углекислоту в этанол, "обычный" спирт.
Все эти катализаторы и системы "трансмутации" воздуха в спирт могут помочь не только решить проблему обеспечения человечества полностью "зеленым" топливом, но и найти более дешевые источники сырья для химической промышленности.
Как отмечают Сун и его коллеги, все подобные катализаторы, созданные в последние годы, обладают двумя большими недостатками, не позволяющими их применять на практике - их скорость работы часто бывает крайне низкой, а более быстрые катализаторы обычно являются нестабильными и их приходится очищать после нескольких часов использования. Вдобавок, все они обладают достаточно низким КПД.
Команда Суна создала катализатор, лишенные и той, и другой проблемы, экспериментируя с наночастицами из оксида цинка, аналоги которых можно встретить в большинстве существующих сегодня марок крема от загара. Комбинируя их с другими наноматериалами из окислов металлов, ученые наблюдали за тем, как меняются их химические и оптические свойства и пытались понять, можно ли их использовать для ускорения тех или иных реакций.
Эти опыты показали, что комбинированные наночастицы из окиси цинка и закиси меди, соединения одного атома кислорода и двух атомов меди, необычно активно поглощали молекулы СО2, расщепляли и превращали углекислоту в метан в том случае, если они находились на свету и под водой.
Как обнаружилось впоследствии, эти наночастицы не разрушались и не загрязнялись при длительном освещении мощной лампой, продолжая превращать СО2 в метан и крайне небольшое число молекул угарного газа и водорода до тех пор, пока запасы углекислоты не иссякали, и продолжали ускорять реакцию с той же скоростью после ввода новой порции "сырья".
По текущим оценкам ученых, примерно 88% молекул углекислоты превращается в метан, на что тратится примерно 1,5% энергии света. И тот и другой показатель, как отмечают химики, является рекордно высоким.
Пока ученые не знают, почему этот катализатор из относительно "простых" металлов работает быстрее и лучше, чем его более дорогие аналоги из платины и титана, однако они предполагают, что это связано с необычной комбинацией электрохимических свойств цинка, меди и аналогичных качеств воды, окружающей наночастицы внутри реактора.
Дальнейшее их изучение, как надеются корейские химики, позволит повысить КПД и сделать наночастицы еще более привлекательными для создания почти неисчерпаемых запасов топлива, в буквальном смысле извлеченных из воздуха.
