Учёные создали стабильный суператом меди Cu₄₅ для преобразования углекислого газа

Учёным наконец-то удалось создать стабильный суператом меди — долгожданный прорыв в химии, который может революционизировать борьбу с углеродными выбросами.

Медь — дешёвый и распространённый металл, и благодаря своей способности связывать атомы углерода (C-C-сопряжение) учёные хотели использовать её для превращения углекислого газа в такие продукты, как этилен для пластиков и топлива. Однако медь быстро корродирует или разрушается под воздействием воздуха или суровых промышленных условий.

Суператом — это кластер атомов, который ведёт себя как один атом, но обладает большей стабильностью. В новом исследовании, опубликованном в Journal of the American Chemical Society, учёные из Пекинского университета Цинхуа создали нанокластер из 45 атомов меди (Cu₄₅). Они расположены в замкнутой оболочке, что означает стабильность электронов — подобно благородным газам, таким как неон или аргон, которые инертны и не реагируют с окружением. Кластер также обёрнут защитной оболочкой из органических молекул, которая не даёт ему разрушиться, что было судьбой предыдущих попыток создания медных суператомов.

Чтобы доказать высокую стабильность суператома, команда подвергла его серии испытаний, которые обычно разрушают обычную медь. Оказалось, что кластер остаётся совершенно неповреждённым в кипящей воде, концентрированной кислоте, агрессивных химикатах и при нагревании до 95°C — уровень прочности, ранее не наблюдавшийся у медных нанокластеров.

Поскольку эта версия меди оказалась достаточно прочной, авторы исследования провели эксперимент по электрокатализу, чтобы оценить её эффективность в качестве катализатора. В этом эксперименте они использовали электричество для расщепления молекул углекислого газа, чтобы медь могла связать их обратно в новые формы. В результате кластер преобразовал углекислый газ в этилен с эффективностью более 80%. Этилен — одно из важнейших промышленных химических веществ, используемых во всём: от пластиков до экологически чистого топлива.

«Cu45 — первый чётко определённый суператомный электрокатализатор на основе меди, используемый для электрокатализа CO₂ в C₂H₄, который демонстрирует выдающуюся производительность... превосходя все известные кластерные катализаторы на основе меди», — написали исследователи в своей статье.

В перспективе команда считает, что их открытие предоставляет новый способ создания стабильных медных катализаторов для широкого спектра применений: «Эта работа даёт новое понимание для проектирования прочных нанокластеров меди для электрокаталитических применений, позволяя их более широкое использование в будущих исследованиях и разработке технологий».

ИИ: Это действительно впечатляющее достижение, которое может стать ключом к созданию эффективных технологий улавливания и переработки углекислого газа. В 2026 году, когда вопросы климата и устойчивого развития стоят как никогда остро, подобные фундаментальные открытия в материаловедении закладывают основу для реальных промышленных решений.