Новый катализатор из доступных металлов эффективно превращает CO₂ в полезные продукты

Автор: ACS Electrochemistry (2025). DOI: 10.1021/acselectrochem.5c00006

В борьбе с изменением климата исследователи ищут способы преобразования диоксида углерода (CO₂) в полезные продукты. Они изучают наноразмерные материалы, называемые катализаторами, которые могут ускорить процесс преобразования или сделать его более эффективным. Наноматериалы во много раз меньше ширины человеческого волоса.

Многие катализаторы полагаются на драгоценные металлы, такие как платина, золото и серебро, которые дороги и не всегда доступны. Хотя ученые пытаются разработать новые катализаторы, использующие более дешевые альтернативы, такие как 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 карбид никеля-цинка к типу никель-азотно-углеродных катализаторов, разрабатываемых в их лаборатории.

Они обнаружили, что полученный катализатор очень эффективно преобразует CO₂ в монооксид углерода — важный компонент многих промышленных химических процессов, включая производство метанола. Работа опубликована в журнале ACS Electrochemistry.

«Мы хотели разработать новый катализатор, который был бы стабильным, очень активным и также полагался бы на относительно распространенные металлы и материалы», — говорит доктор Дрю Хиггинс, ведущий исследователь проекта.

В своей лаборатории в Макмастере Хиггинс и его команда установили, что новый катализатор очень эффективен в преобразовании CO₂ в CO, но этот анализ не мог объяснить, почему он работает так хорошо. Поэтому аспирантка Фатма Исмаил, руководящая проектом, привезла их образцы в Canadian Light Source (CLS) при Университете Саскачевана.

«Типы материалов, которые мы изучаем, относительно новы, поэтому мы действительно не понимали, как они работают», — говорит Хиггинс, доцент кафедры химической инженерии Макмастера. — «Сверхъяркие рентгеновские лучи в CLS позволили нам увидеть их структуры и свойства, что помогает объяснить, как они работают».

Хиггинс говорит, что он и его коллеги были приятно удивлены тем, насколько хорошо комбинация материалов показала себя. Полученные ими сведения о конкретной роли никеля в реакции не были бы возможны без пучковой линии HXMA, отмечает он.

Их следующий шаг — внедрение материала в прототипы устройств.

«Как только мы сможем продемонстрировать, что этот (катализатор) эффективно работает, мы сможем начать масштабировать системы», — говорит Хиггинс. — «Мы можем сделать эти системы намного больше, чтобы они могли преобразовывать гораздо больше CO₂, и затем в конечном итоге — в идеале — однажды мы сможем внедрить это так, чтобы промышленные компании, имеющие большие выбросы CO₂, могли подключить это к своей дымовой трубе и удалять выбросы до того, как они попадут в атмосферу — и преобразовывать их во что-то, что имеет ценность и применение в обществе».

Больше информации: Fatma Ismail et al, Boosting Electrochemical Conversion of CO₂ to CO in a Membrane Electrode Assembly Using Nickel–Nitrogen/Carbon Supported Nickel–Zinc Carbide Particle Catalyst, ACS Electrochemistry (2025). DOI: 10.1021/acselectrochem.5c00006

Источник: Canadian Light Source