Исследовательская группа успешно разработала технологию, которая эффективно преобразует углекислый газ (CO₂) в монооксид углерода (CO) — промышленное сырьё. Это стало возможным благодаря точному контролю взаимодействия между родиевым катализатором и носителем. Исследование [опубликовано](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c02436) в журнале ACS Catalysis.
Руководство исследования
Исследование проводилось под руководством Кёнсусо Парка из Департамента физики и химии Института науки и технологий Кёнбук в Тэгу. В работе приняли участие профессор Сонгкун Ким из Сеульского национального университета и профессор Грэм Хатчингс из Кардиффского университета (Великобритания). Ожидается, что исследование внесёт вклад в преобразование углекислого газа, являющегося основной причиной глобального потепления, в полезное химическое топливо.
Актуальность проблемы
Выбросы углекислого газа продолжают расти из-за использования ископаемого топлива, и он признан одним из главных факторов глобального потепления. В последнее время проведено множество исследований, направленных на преобразование углекислого газа в «полезные материалы», а не просто на сокращение его выбросов.
Реакция гидрирования
Особенно внимание привлекает реакция гидрирования, которая позволяет углекислому газу реагировать с водородом (H₂) и превращаться в новый материал. Эта технология рассматривается как ключевой элемент для достижения углеродной нейтральности. Однако традиционные технологии катализаторов используются недостаточно эффективно из-за производства метана (CH₄) в качестве нежелательного побочного продукта.
Механизм преобразования
Исследовательская группа использовала носитель на основе цинка (Zn) — ZnO, ZnTiO₃ — для формирования тонкой плёнки, называемой «перекрытием», на поверхности родиевого катализатора. Это позволило селективно преобразовать углекислый газ в монооксид углерода.
Примечательно, что эта технология позволила провести реакцию при более низких температурах, чем это было возможно ранее, и значительно увеличить скорость производства монооксида углерода.
Использование высокопроизводительной электронной микроскопии
Используя высокопроизводительную электронную микроскопию (iDPC-STEM, STEM-EELS) и методы анализа газов в реальном времени, исследовательская группа проследила взаимосвязь между структурой поверхности катализатора и путём производства CO на атомном уровне.
Команда раскрыла механизм, согласно которому «определённая структура генерирует определённый продукт», и эта технология может служить основой для повышения точности и предсказуемости при разработке будущих катализаторов.
Значимость исследования
«Это исследование имеет большое значение, поскольку оно может выйти за рамки простого сокращения выбросов углекислого газа и преобразовать его в нужный материал», — сказал профессор Парк. «Эта технология проектирования селективных катализаторов может быть непосредственно использована в различных отраслях промышленности, включая производство топлива, химических материалов и метанола, и может стать ключевой основой для различных углеродно-нейтральных процессов в будущем».
Предоставлено Институтом науки и технологий Кёнбук.