Новый катализатор для снижения выбросов CO2


Если СО2 содержание атмосферы не должно увеличиваться, должен быть преобразован во что-то другое. Однако, поскольку CO2 — очень стабильная молекула, сделать это можно только с помощью специальных катализаторов. Основной проблемой таких катализаторов до сих пор была их нестабильность: через определенное время многие материалы теряют свои каталитические свойства.

В TU Wien проводятся исследования особого класса минералов — перовскитов, которые до сих пор использовались для солнечных элементов в качестве анодных материалов или электронных компонентов, а не из-за их каталитических свойств. Теперь ученым из TU Wien удалось получить специальный перовскит, который отлично подходит в качестве катализатора для преобразования CO.2 в другие полезные вещества, например, синтетическое топливо. Новый перовскитовый очень стабилен и к тому же относительно дешев, поэтому он подходит для промышленного использования.

Как закрыть углеродный цикл

«Нас интересует так называемая обратная реакция конверсии водяного газа», — говорит профессор Кристоф Рамешан из Института химии материалов в Венском техническом университете. «В этом процессе и водород превращаются в воду и окись углерода. Затем вы можете переработать окись углерода, например, в метанол, другие химические вещества или даже в топливо».


Эта реакция не нова, но она не была реализована в промышленных масштабах для CO.2 утилизация. Происходит это при высоких температурах, что способствует быстрому разрушению катализаторов. Это особая проблема, когда речь идет о дорогостоящих материалах, например, содержащих редкие металлы.

Кристоф Рамешан и его команда исследовали, как адаптировать из класса перовскитов специально для этой реакции, и он добился успеха: «Мы попробовали несколько вещей и, наконец, пришли к перовскиту из кобальта, железа, кальция и неодима, который имеет отличные свойства », — говорит Рамешан.

Атомы, мигрирующие через кристалл

Благодаря своей кристаллической структуре перовскит позволяет некоторым атомам перемещаться через него. Например, во время катализа атомы кобальта изнутри материала движутся к поверхности и образуют на ней крошечные наночастицы, которые становятся особенно химически активными. При этом образуются так называемые кислородные вакансии — позиции в кристалле, где фактически должен находиться атом кислорода. Именно на этих вакантных должностях CO2 молекулы могут особенно хорошо стыковаться, чтобы затем диссоциировать на кислород и окись углерода.

«Мы смогли показать, что наш перовскит значительно более стабилен, чем другие катализаторы», — говорит Кристоф Рамешан. «Он также имеет то преимущество, что его можно регенерировать: если его каталитическая активность действительно ослабевает через определенное время, вы можете просто восстановить его до исходного состояния с помощью кислорода и продолжать его использовать».