Японские ученые из Токийского технологического института разработали новый катализатор для восстановления углекислого газа — полимер на основе свинца. Он дешевый, так как легко синтезируется, и обладает высокой селективностью. Исследование опубликовано в журнале ACS Catalysis.
Выбросы углекислого газа в атмосферу считаются главной причиной глобального потепления. Один из способов решения этой проблемы — разработка технологий восстановления углекислого газа, которые позволяют перевести его в полезные соединения, например в монооксид углерода или в муравьиную кислоту. Такие системы могут быть реализованы с помощью фотокатализаторов. Для их активации используется свет видимой области или ультрафиолет. Во многом это похоже на фотосинтез — процесс, при котором растения превращают углекислый газ в глюкозу под действием солнечного света. За последние годы ученые разработали множество фотокатализаторов, которые основаны на металл-органических каркасных структурах или координационных полимерах. Однако большинство из этих катализаторов трудно синтезируются, либо после синтеза их нужно дополнительно химически модифицировать. Это повышает себестоимость катализаторов.
Японские исследователи разработали новый фотокатализатор, основанный на координационном полимере KGF-9 со связями свинец-сера. Его структуру можно обозначить так: (-Pb-S-)n. Свойства этого фотокатализатора достаточно необычные. Так, в нем нет пор и полостей, из-за чего площадь его поверхности мала. Несмотря на это, при воздействии света видимой области (400 нм) ученые наблюдали высокий квантовый выход (выход продукта на поглощенный фотон) — 2,6%. При восстановлении углекислого газа до формата (соли муравьиной кислоты) селективность составила 99%. Это самые высокие значения этих показателей для фотокаталитического перевода углекислого газа в формат при использовании катализатора, который не содержит драгоценные металлы и состоит из единственного компонента.
По сравнению с другими фотокатализаторами KGF-9 легче синтезировать и использовать. Так как его активные центры — атомы свинца, где и происходит восстановление углекислого газа, — расположены на поверхности катализатора, не требуется присутствия сокатализатора. Обычно его роль выполняют металлические наночастицы или комплексы. Кроме того, KGF-9 не нужно химически модифицировать после синтеза, так как он способен работать и при комнатной температуре под действием видимого света. Это значительно удешевляет этот катализатор.
В настоящее время ученые ищут способы, которые бы позволили увеличить площадь поверхности катализатора и повысить его эффективность. KGF-9 — первый фотокатализатор, в котором роль активных центров выполняют атомы свинца. Это может стать фундаментом для разработки целого класса фотокатализаторов, основанных на более распространенных элементах.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
