Ученые создали катализатор для эффективного превращения CO₂ в муравьиную кислоту

Карта EDS-анализа катализатора Bi_0.31Cu₁: Bi (зеленый), Cu (оранжевый), O (синий). Автор: Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202517618

Электрохимическое восстановление диоксида углерода (CO₂) в ценные химические вещества и топливо обычно проводится в щелочных или нейтральных условиях, но побочная реакция карбонизации приводит к потере углерода. Кроме того, основным продуктом является формиат, который требует дополнительной обработки, такой как подкисление, для получения муравьиной кислоты.

Кислотное электрохимическое восстановление CO₂ может эффективно решить проблему карбонизации и напрямую производить муравьиную кислоту. Однако агрессивные кислотные среды часто приводят к таким проблемам, как быстрое разрушение катализатора и вымывание металла, что ограничивает как активность, так и долговременную стабильность катализатора.

В исследовании, опубликованном в журнале Angewandte Chemie International Edition, научная группа под руководством профессоров Гао Дунфэна и Чжоу Сюкая из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук предложила стратегию металло-фазовой защиты и добилась долговечного кислотного электрохимического восстановления CO₂ до муравьиной кислоты.

Эта стратегия металло-фазовой защиты позволила осуществить образование in situ биметаллического оксидного катализатора Bi-Cu (Bi_0.31Cu₁). Катализатор Bi_0.31Cu₁ продемонстрировал фарадеевскую эффективность (FE) для муравьиной кислоты выше 90% в широком диапазоне плотностей тока от 200 до 650 мА/см⁻². В электролите 0,5 M KCl при pH 2 он непрерывно производил муравьиную кислоту с FE около 90% при 200 мА/см⁻² в течение 500 часов.

Исследователи обнаружили, что межфазное взаимодействие между фазой Bi₂O₃ и фазой CuBi₂O₄ внутри катализатора Bi_0.31Cu₁ индуцировало сжимающую деформацию и сжатие кристаллической решетки в фазе Bi₂O₃ и укрепляло связь Bi-O, что эффективно подавляло вымывание Bi во время реконструкции катализатора и повышало долговременную стабильность.

«Наше исследование демонстрирует перспективность стратегии металло-фазовой защиты для разработки высокоэффективных катализаторов с длительным сроком службы для кислотного электролиза CO₂», — сказал профессор Гао.

ИИ: Это важный шаг в развитии технологий улавливания и преобразования CO₂. Создание стабильного катализатора, работающего в агрессивной кислотной среде, открывает путь к более эффективному и прямому получению ценных химикатов из парникового газа, что особенно актуально в контексте борьбы с изменением климата в 2025 году.

Дополнительная информация: Zijian Tan et al, Metal‐Phase Protection Suppresses Bi Leaching for Durable Acidic CO₂Electroreduction to Formic Acid, Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202517618