Новый метод преобразования углекислого газа в метанол открывает путь к «зелёной» энергетике

Синтез и электрохимическая производительность гибридных катализаторов Cu/CP для CO₂. Автор: Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202501021

Исследовательская группа из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) совершила прорыв в области устойчивых технологий, разработав метод преобразования углекислого газа (CO₂) в метанол. Этот процесс может сыграть ключевую роль в сокращении выбросов парниковых газов и производстве экологически чистого топлива.

Под руководством профессора Чжунги Рю из Школы энергетики и химической инженерии UNIST, в сотрудничестве с профессорами Джонгсуном Кимом из Университета Сонгюнгван (SKKU) и Алоизиусом Соном из Университета Йонсей, команда успешно создала новый медьсодержащий катализатор, способный превращать CO₂ в метанол высокой чистоты. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Метанол — это универсальное химическое вещество, широко используемое в качестве сырья для производства пластмасс и синтетических волокон. Его жидкое состояние облегчает хранение и транспортировку, что делает его всё более привлекательным в качестве носителя водорода и источника энергии для топливных элементов.

Прямое преобразование CO₂ в метанол не только сокращает выбросы углерода, но и способствует устойчивому использованию ресурсов. Однако традиционные методы конверсии часто приводят к образованию смесей с нежелательными побочными продуктами, такими как водород и метан, что требует сложных процессов очистки.

Инновационный медный катализатор, разработанный командой, избирательно производит метанол с высокой эффективностью. Он достиг максимальной селективности до 70%, что является одним из самых высоких показателей для медьсодержащих катализаторов и сопоставимо с эффективностью дорогих катализаторов на основе драгоценных металлов. Обычные медные катализаторы демонстрируют селективность всего 10–30%.

Этот катализатор имеет уникальную структуру, в которой наночастицы пирофосфата меди(I) (Cu₂P₂O₇) плотно интегрированы с чистой металлической медью, напоминая соединение пазла. Такая конфигурация подавляет конкурирующие реакции, производящие водород, что позволяет добиться высокой селективности синтеза метанола.

Примечательно, что команда создала эту сложную структуру, используя инновационный подход, вдохновлённый принципами разряда литий-ионных батарей. Пропуская электрический ток через электрод в процессе, аналогичном разряду батареи, часть пирофосфата меди восстанавливается до металлической меди, в результате чего два материала естественным образом образуют композит в пределах одной частицы. После реакции остаточные материалы легко удаляются водой, что упрощает процесс производства.

Кроме того, исследование выявило альтернативный путь синтеза метанола, отличающийся от традиционных механизмов. Вместо прохождения через стадию образования монооксида углерода (CO) катализатор сначала производит муравьиную кислоту (HCOOH), которая затем превращается в метанол. Это открытие даёт новые знания, которые могут помочь в разработке будущих катализаторов и углубить понимание путей синтеза метанола.

«Метанол — это критически важное промышленное сырьё и источник энергии, ежегодно потребляемый в мире в миллионах тонн. Этот экономически эффективный катализатор, созданный из недорогой меди, демонстрирует высокую селективность и плотность тока, приближая нас к промышленному масштабу "конверсии углеродных ресурсов" — прямому превращению CO₂ в ценные ресурсы», — подчеркнул профессор Рю.

Он добавил, что использование принципов технологии батарей для создания катализатора подчёркивает его потенциал для практического применения в больших масштабах. Команда планирует расширить эту технологию, увеличив площадь электродов и интегрировав системы для коммерческого внедрения.

Дополнительная информация: Hyunwoo Kim et al, Selective Electrosynthesis of Methanol from CO₂ Over Cu/Cu2P2O7 Via the Formate Pathway, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202501021

Источник: Ulsan National Institute of Science and Technology