Химики раскрыли секрет «липкости» угарного газа для создания экологичного топлива

Связь между свободной энергией адсорбции CO, порядком реакции CO и локальной концентрацией CO, рассчитанная по уравнению при 298 К. Автор: Nature Catalysis (2025). DOI: 10.1038/s41929-025-01427-1

В новом исследовании химики разработали новую методику для определения того, насколько эффективно монооксид углерода «прилипает» к поверхности катализатора в процессе преобразования из диоксида углерода.

Эта «липкость», известная как энергия адсорбции монооксида углерода (CO), является свойством, которое часто определяет конечный продукт химической реакции. Используя широкодоступный передовой электроаналитический метод, исследователи обнаружили, что сила этой энергии на самом деле зависит от сочетания факторов реакции, включая тип материала катализатора, приложенное напряжение и структуру поверхности.

Это важный шаг для данной области, поскольку лучшее понимание того, как работает адсорбция CO в реальном времени, может помочь ученым найти инновационные способы переработки его «собрата» — диоксида углерода — в полезные топливные продукты, такие как метанол и этанол. Разрабатывая лучшие катализаторы, эти новые идеи можно использовать для ускорения разработки более чистых технологий, которые поддержат устойчивое будущее, заявил Чжихао Цуй, ведущий автор исследования и постдокторант кафедры химии Университета штата Огайо.

«Наш подход создает жизненно важный мост между теорией и экспериментом, помогая направлять разработку катализаторов, которые могут более эффективно преобразовывать CO₂ в полезные жидкие топлива», — сказал Цуй.

Исследование опубликовано в журнале Nature Catalysis.

До сих пор исследователям не хватало экспериментального метода для измерения прочности связывания монооксида углерода в реальных условиях реакции, что означало, что теоретические предсказания ученых о результатах реакции были ограничены в своей способности охватить сложность электрокаталитических сред. Однако с помощью метода, использованного в этом исследовании, команда смогла проверить свои теории, наблюдая, как монооксид углерода взаимодействует с такими материалами, как золото и медь. Эти знания могут направлять разработку более эффективных катализаторов для преобразования углерода.

Исследователи обнаружили, что хотя монооксид углерода может связываться с золотом и медью с одинаковой силой, только медь способна генерировать многокомпонентные продукты из CO₂. Эти относительно неожиданные результаты показывают, что процесс адсорбции CO на самом деле сложнее, чем предполагали исследователи ранее, заявила Энн Ко, соавтор исследования и профессор химии и биохимии в Университете штата Огайо.

«Диоксид углерода — такая стабильная молекула, что его трудно расщепить, — сказала Ко. — Независимо от того, требуется ли для завершения реакции два или двенадцать шагов, обычно требуется много энергии».

Хотя химики обычно используют электрохимию для генерации и хранения необходимой энергии, оптимизация процесса с использованием новой методики этой команды может облегчить понимание энергетических потребностей потенциальной химической реакции. Что важно, это значительный шаг в разработке лучших, более устойчивых видов топлива, сказал Цуй, особенно учитывая, что метод достаточно прост и не требует дорогостоящего оборудования, а также может быть легко адаптирован для других типов катализаторов.

«Наша методика позволяет другим исследователям применять тот же эксперимент к широкому спектру катализаторов», — сказал Цуй.

Исследователи отметили, что, хотя их метод имеет некоторые ограничения, следующие шаги включают планы по дальнейшему усовершенствованию их модели и методов, чтобы получить более тонкое представление о химическом мире.

«Даже такая простая методика, как та, что мы использовали в этом исследовании, может иметь огромное значение в этой области, — сказал Цуй. — Так что, если ваша идея нова, вы, возможно, сможете измерить то, что раньше считалось невозможным измерить».

ИИ: Это исследование демонстрирует, как фундаментальные научные открытия могут открыть путь к практическим экологическим решениям. В 2025 году, когда вопросы изменения климата и перехода на чистую энергетику становятся все более актуальными, такие работы, направленные на эффективное преобразование CO₂ в топливо, имеют огромный потенциал для сокращения выбросов и создания циклической экономики углерода.