Новый никелевый катализатор превращает CO₂ в высококачественное топливо

Схематическая иллюстрация стратегий, использованных в исследовании. Автор: Nature Catalysis (2025). DOI: 10.1038/s41929-025-01370-1.

Исследовательская группа под руководством доцента Буна Сиана Йео из Национального университета Сингапура разработала новый способ превращения углекислого газа в ценные жидкие углеводороды — основные компоненты топлива, такого как бензин и авиационное горючее.

Исследование проводилось в сотрудничестве с профессором Нурией Лопес из Института химических исследований Каталонии (Испания) и профессором Хавьером Пересом-Рамиресом из ETH Zürich (Швейцария). Результаты работы опубликованы в журнале Nature Catalysis.

Учёные десятилетиями искали эффективные способы переработки CO₂ в энергоёмкие молекулы, чтобы одновременно сократить вредные выбросы и создать устойчивое топливо. Большинство исследований фокусировалось на медных катализаторах, которые преобразуют углекислый газ в простые соединения, такие как этилен или этанол. Однако медь не справляется с созданием длинных разветвлённых углеводородных цепей, необходимых для высококачественного топлива.

Команда использовала никелевый катализатор с добавлением фторид-ионов и применила импульсный потенциал для электрохимического восстановления CO₂. Этот подход позволил точно контролировать структуру получаемых углеводородов, особенно их разветвлённость. Разветвлённые молекулы обеспечивают более эффективное сгорание топлива, что критически важно для транспорта и авиации.

Метод импульсного потенциала увеличил долю разветвлённых углеводородов с пятью и более атомами углерода на 400% по сравнению со стандартными подходами. Фторидные добавки помогли стабилизировать катализатор и способствовать образованию длинных цепей.

Ключевое отличие никелевых катализаторов от медных — их способность удалять кислород из промежуточных продуктов реакции и создавать асимметричные связи между молекулами. Это приводит к формированию сложных углеводородных цепочек, аналогичных получаемым в промышленных процессах типа Фишера-Тропша.

«Эта работа объединяет экспертизу в синтезе катализаторов, механистических исследованиях и компьютерном моделировании, что позволило нам раскрыть новые механизмы преобразования CO₂», — отметил профессор Йео.

«Ни один из наших методов по отдельности не смог бы однозначно определить ключевые этапы процесса — только комбинация экспериментальных и вычислительных результатов дала ответы», — добавила профессор Лопес.

Исследование открывает новые возможности для создания «зелёного» авиационного топлива и химического сырья с контролируемой структурой, что важно для перехода к экологически чистым технологиям.

Дополнительная информация: Yingqing Ou et al, Controlling hydrocarbon chain growth and degree of branching in CO₂ electroreduction on fluorine-doped nickel catalysts, Nature Catalysis (2025). DOI: 10.1038/s41929-025-01370-1