Новая система преобразования CO₂ снижает энергопотребление и утраивает производство муравьиной кислоты

(Сверху) Схема двухэлектродного электролизера, объединяющего FOR и CO₂RR, и (Снизу) Схема синтетической процедуры. b) Рентгенограммы катализаторов Cu_xAg_10−x/CF. Автор: Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202516232

Исследовательская группа, связанная с Ульсанским национальным институтом науки и технологий (UNIST), представила новую электрохимическую систему, которая преобразует диоксид углерода (CO₂), основной фактор изменения климата, в ценные химические продукты, такие как муравьиная кислота. Этот новый подход сокращает энергопотребление почти на 75% и утраивает скорость производства по сравнению с существующими методами.

Под руководством профессора Сонхо Чо с кафедры материаловедения и инженерии, а также профессоров Йонгук Квон и Джей Сун Ли из Школы энергетической химической инженерии, было объявлено об успешной разработке процесса электрохимического преобразования CO₂ в муравьиную кислоту при сверхнизком напряжении.

Результаты этого исследования были опубликованы онлайн в журнале Angewandte Chemie International Edition 10 октября 2025 года.

Эта инновационная система не только снижает энергию, необходимую для преобразования CO₂, но и эффективно сокращает выбросы парниковых газов, одновременно производя востребованный химикат. Обычные процессы полагаются на реакцию выделения кислорода (OER), которая потребляет 70–90% от общего энергопотребления и вызывает повышение рабочего напряжения системы до 2 В.

Чтобы преодолеть эту проблему, команда заменила OER на реакцию окисления формальдегида (FOR). Эта новая установка может эффективно генерировать муравьиную кислоту при сверхнизком напряжении элемента 0,5 В с фарадеевской эффективностью 96,1% на катоде и 82,1% на аноде. Снижение рабочего напряжения до всего лишь четверти от традиционных систем значительно сокращает потребление электроэнергии.

Система достигла скорости производства муравьиной кислоты 0,39 ммоль/см²·ч, что почти в три раза выше, чем у предыдущих технологий. Поскольку окисление формальдегида производит муравьиную кислоту вместо кислорода в качестве парной реакции, общий процесс становится гораздо более энергоэффективным.

Этот прорыв стал возможным благодаря специально разработанному медно-серебряному композитному катализатору, адаптированному для окисления формальдегида. В отличие от обычных катализаторов, которые склонны быстро терять активность, этот новый материал сохраняет высокую эффективность, обеспечивая устойчивое и масштабируемое преобразование CO₂.

Помимо восстановления CO₂, этот катализатор и путь реакции могут быть применены в экологически чистых, самоподдерживающихся системах для производства аммиака, пероксида водорода и водорода без электричества или выбросов. В этом исследовании ученые успешно интегрировали окисление формальдегида с восстановлением нитратов, восстановлением кислорода и реакциями выделения водорода, продемонстрировав производство аммиака, пероксида водорода и водорода экологически чистым способом.

Профессор Чо пояснил: «Эта технология решает основную проблему неэффективности в преобразовании CO₂ и максимально использует ограниченную электрическую энергию. Её универсальность открывает новые возможности для устойчивого химического производства и защиты окружающей среды».

В исследовании приняли участие Хёсок Ким, Вонсик Чжан и Джин Хо Ли с кафедры материаловедения и инженерии, а также Ходжон Ли из Школы энергетической химической инженерии UNIST, которые выступили в качестве первых авторов.

Больше информации: Hyoseok Kim et al, Energy‐Efficient Dual Formate Electrosynthesis via Coupled Formaldehyde Oxidation and CO₂Reduction at Ultra‐Low Cell Voltage, Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202516232

Источник: Ulsan National Institute of Science and Technology