Американские ученые разработали метод, который позволяет получить из углекислого газа углеродные нановолокна в две стадии при атмосферном давлении и относительно низкой температуре. В этом процессе последовательно используются электро- и термокатализаторы, которые можно применять повторно. Сам процесс позволяет снизить выбросы углекислого газа, переработав его в полезный материал. Исследование опубликовано в журнале Nature Catalysis.
Для борьбы с глобальным потеплением ученые разрабатывают методы улавливания углекислого газа и его переработки в новые материалы. Однако просто хранить углекислый газ небезопасно, так как всегда есть риск утечек. А большинство методов, позволяющих переработать его в углеродные материалы или в топливо, трудны в реализации и тоже способствуют выработке CO2. Например, чтобы получить из углекислого газа углеродные нановолокна, можно воспользоваться одностадийным процессом, который требует нагревания реакционной смеси более чем на 1000 °C.
В новой работе ученые разработали двухстадийный процесс, который позволяет получить из CO2 углеродные нановолокна. На первой стадии углекислый газ превращается в угарный (CO). Для этого ученые использовали электрокатализатор, который способствует протеканию реакции под действием электричества. В ходе реакции углекислый газ и вода расщепляются до угарного газа и водорода, а катализатором выступает палладий. На втором этапе угарный газ превращается непосредственно в углеродные нановолокна. При этом ученые использовали термокатализатор, который активируется при повышенных температурах — около 400 °C, что считается относительно низким. В качестве катализатора химики применили сплав железа и никеля, а также дополнительно добавляли в реакционную смесь металлический никель.
Исследователи смоделировали поведение катализаторов, а также изучили его с помощью различных физико-химических методов. Благодаря этому они узнали, что под действием электричества металлический палладий, находящийся в воде, преобразуется в гидрид палладия, что и способствует образованию водорода на первой стадии процесса. На второй же стадии сплав железа и никеля разрушает связи между атомами углерода и кислорода в молекуле угарного газа, а добавленный в среду металлический никель способствует образованию углеродных нановолокон.
Ученые также проследили за формированием углеродных нановолокон с помощью электронной микроскопии. Они выяснили, что по мере наращивания волокон катализатор вымещается из смеси. Это позволяет повторно использовать его после реакции.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
