В борьбе с изменением климата исследователи ищут способы превращения углекислого газа (CO₂) в полезные продукты. Они изучают материалы наноразмера, называемые катализаторами, которые могут ускорить процесс преобразования или сделать его более эффективным. Наноматериалы во много раз меньше ширины человеческого волоса.
Многие катализаторы основаны на драгоценных металлах, таких как платина, золото и серебро, которые стоят дорого и труднодоступны. Хотя учёные пытаются разработать новые катализаторы, использующие более дешёвые альтернативы, например никель, азот и углерод, эти варианты не столь эффективны.
Исследователи из Университета Макмастера в Онтарио разработали новую формулу, которая добавляет крошечные частицы материала под названием никель-цинковый карбид к типу разрабатываемых в их лаборатории никель-азотно-углеродных катализаторов.
Они обнаружили, что полученный катализатор очень эффективен в преобразовании CO₂ в монооксид углерода — важный компонент многих химических процессов, используемых в промышленности, включая производство метанола. Работа опубликована в журнале ACS Electrochemistry.
«Мы хотели разработать новый катализатор, который был бы стабильным, очень активным и в то же время основывался бы на металлах и материалах, которые относительно доступны», — говорит доктор Дрю Хиггинс, ведущий исследователь проекта.
В лаборатории Университета Макмастера Хиггинс и его команда определили, что новый катализатор очень эффективен при преобразовании CO₂ в CO, но анализ не мог объяснить, почему он так хорошо работает. Поэтому аспирантка, возглавляющая проект, Фатьма Исмаил, принесла их образцы в Канадский световой источник (CLS) при Университете Саскачевана.
«Типы материалов, которые мы рассматриваем, относительно новые, поэтому мы действительно не понимали, как они работают», — говорит Хиггинс, доцент кафедры химической инженерии Университета Макмастера. «Ультраяркие рентгеновские лучи в CLS позволили нам увидеть их структуру и свойства, что помогает объяснить, как они работают».
Хиггинс говорит, что он и его коллеги были приятно удивлены тем, насколько хорошо работает комбинация материалов. По его словам, понимание конкретной роли никеля в реакции было бы невозможно без линии излучения HXMA.
Следующим шагом станет внедрение материала в прототипы устройств. «Как только мы сможем продемонстрировать, что этот катализатор работает эффективно, мы сможем начать масштабировать системы», — говорит Хиггинс. «Мы можем сделать эти системы намного больше, чтобы они могли преобразовывать гораздо больше CO₂, и тогда, в идеале, однажды мы сможем перевести это в промышленные компании, у которых большие выбросы CO₂, чтобы они могли подключить это к своим дымовым трубам и удалить выбросы до того, как они попадут в атмосферу, и преобразовать их во что-то ценное и полезное для общества».
Предоставлено Канадским световым источником.