Изследователи от ETH Цюрих създадоха иновативен катализатор, който трансформира въглеродния диоксид в метанол с изключителна ефективност — постижение, което може да промени начина, по който се произвежда чисто гориво.
От парников газ до гориво
Екипът е разработил катализатор, който значително намалява необходимата енергия за производството на метанол от въглероден диоксид и водород. Освен това е демонстрирано изключително ефективно използване на индий — сравнително рядък метал. При новия катализатор всеки отделен индиев атом функционира като самостоятелен активен участник в химичната реакция — съществена разлика спрямо традиционните методи, при които металите са групирани в частици.
Катализатори с единични атоми
Професор Хавиер Перес-Рамирес, ръководител на катедрата по каталитично инженерство в ETH Цюрих, обяснява, че при традиционните катализатори металните частици съдържат стотици или дори хиляди атоми, много от които не участват активно в реакцията и намаляват общата ефективност.
При катализаторите с единични атоми отделни метални атоми са разпръснати и фиксирани върху повърхността на специално разработен носещ материал. Така се постига максимално използване на ограничени и скъпи материали, а работата с изолирани атоми променя начина, по който катализаторът се държи по време на реакциите.
„Индий се използва в катализатори вече повече от десетилетие“, казва Перес-Рамирес. „В нашето изследване показваме, че изолираните индиеви атоми върху хафниев оксид позволяват по-ефективен синтез на метанол от CO₂, отколкото индият под формата на наночастици.“
Издръжливост при екстремни условия
Изследователите от ETH са разработили иновативни методи за синтез, за да закрепят прецизно отделни индиеви атоми върху носител от хафниев оксид. Ключова техника е високотемпературният пламъчен синтез при температури до 3 000°C, последван от бързо охлаждане — процес, който здраво фиксира атомите, запазвайки тяхната реактивност.
Полученият катализатор издържа на температури от 300°C и налягания, 50 пъти по-високи от атмосферното — характеристики, необходими за промишленото производство на метанол от CO₂ и водород.
По-ясна картина на реакциите
Традиционните катализатори с наночастици исторически са трудни за изследване. Тъй като химичните реакции протичат само на повърхността, измерванията са засмукани от „фонов шум“ на вътрешните неактивни атоми, което затруднява анализа.
Катализаторите с единични атоми елиминират тази сложност — учените могат да наблюдават механизмите на реакцията с минимални смущения, получавайки значително по-ясна представа за реалните процеси.
Това откритие отваря нови хоризонти пред устойчивото производство на гориво от парникови газове и може да се окаже важна стъпка в борбата с климатичните промени.
