Атомарная инженерия меди позволяет управлять химическими реакциями для получения водорода или метана

Автор: Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202514183

Учёные обнаружили способ управления химическими реакциями путём тщательного расположения атомов меди на углеродном материале. С помощью крошечных изменений на атомном уровне один и тот же материал можно переключить для производства либо водорода, либо метана из простых исходных компонентов.

В исследовании, опубликованном в Advanced Functional Materials, совместная команда из Национального центра исследований синхротронного излучения на Тайване (экспериментальная группа) и Центра наук о конденсированных средах Национального университета Тайваня (теоретическая/вычислительная группа), продемонстрировала, как атомарная инженерия меди на графитовом углеродном нитриде (g-C₃N₄) может управлять химическими реакциями.

Исследователи обнаружили, что атомы меди, расположенные по отдельности или в кластерах на g-C₃N₄, преимущественно катализируют выделение водорода. В то же время пары атомов меди, внедрённые в g-C₃N₄, избирательно преобразуют диоксид углерода в метан, достигая эффективности 88%. Такая высокая селективность не только делает производство метана практичным, но и указывает на многообещающий путь для применения в чистой энергетике.

Результаты показывают, что даже незначительные различия в атомарном расположении могут кардинально изменить каталитическое поведение. Точная настройка позиций атомов меди позволяет направлять реакцию в сторону желаемых продуктов, демонстрируя силу атомарного контроля в дизайне материалов.

«Это исследование показывает потенциал атомарного дизайна, — говорит Мичитоши Хаяши, автор-корреспондент исследования. — Просто меняя расположение атомов меди, мы можем направлять реакцию по нужному нам пути, обеспечивая точный контроль над химическими превращениями».

Работа подчёркивает широкие последствия атомарной инженерии, предоставляя идеи, которые могут ускорить разработку катализаторов и материалов следующего поколения для устойчивой энергетики. Используя такой точный структурный контроль, исследователи стремятся создавать катализаторы, эффективно производящие топливо и химикаты, что в конечном итоге снизит зависимость от ископаемых ресурсов и продвинет чистые энергетические технологии.

Больше информации: Wan‐Ting Chen et al, Highly Selective Toward HER or CO₂RR by Regulating Cu Single and Dual Atoms on g‐C₃N₄, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202514183

Источник: National Taiwan University