Пражские химики превращают CO2 в этанол светом солнца

Учёные химической секции Естественно-научного факультета Карлова университета в Праге под руководством Павлы Элиашовой, работавшие совместно с коллегами из Математико-физического факультета того же университета, разработали новый фотокатод для преобразования углекислого газа в этанол с помощью солнечной энергии. Об этом рассказала сама исследовательница, представившая результаты работы в научной статье.

Речь идёт о ключевом элементе так называемого солярного реактора — устройства, способного превращать углекислый газ в полезное топливо. Именно фотокатод отвечает за поглощение света и запуск нужной химической реакции. По словам Элиашовой, такая переработка CO2 с использованием солнечной энергии долгое время считалась «святым Граалем» современной зелёной химии.

Побочный эффект — производство алкоголя

Любопытно, что разработанная технология потенциально применима не только в химической промышленности, но и в пищевой — для производства дистиллятов. На вопрос о том, можно ли таким способом получать питьевой алкоголь, учёная ответила, что это возможно и зависит от того, как конечный производитель захочет использовать процесс.

Долгое время идеальным материалом для превращения CO2 в спирт считался оксид меди(I): он дешёвый, доступный и отлично поглощает солнечные лучи. Но на практике возникала серьёзная проблема — в водной среде под действием света он крайне быстро разрушался, подобно ржавеющему железу, и терял свои свойства уже через несколько десятков минут.

Решение — «нано-сэндвич»

Чешская команда нашла выход, создав уникальную многослойную структуру, которую сами исследователи называют «нано-сэндвичем». Они соединили оксид меди(I) с современными двумерными материалами — MXenами, а затем с помощью точно контролируемого нагрева сформировали на их поверхности ультратонкий слой оксида титана.

Такой модифицированный MXen способен мгновенно отводить электрический заряд от оксида меди, замедляя тем самым его разрушение. При этом заряд одновременно используется для превращения углекислого газа в жидкое топливо. «Медная основа обеспечивает максимальное использование энергии света, а токопроводящая структура MXen гарантирует активность материала даже после многочасовой работы», — пояснила Элиашова.

Рекордная эффективность и чистый продукт

В лабораторных испытаниях новый фотокатод показал рекордную эффективность преобразования солнечной энергии в этанол — 2,74 процента. Принципиально важно, что в результате образуется только один продукт: в отличие от многих других систем, которые дают смесь побочных веществ, разработка чешских учёных производит исключительно чистый этанол в жидкой форме, что значительно упрощает возможное промышленное применение технологии.

«Это большой шаг вперёд для нас. В лабораторном масштабе система работает очень хорошо и производит этанол на протяжении многих часов. Следующий шаг — ещё больше укрепить стабильность фотокатода и начать испытания в большем масштабе при реальном дневном свете», — добавила физикохимик Элиашова.

Исследование проводилось в рамках международного европейского проекта DESIRED программы Horizon Europe при поддержке Исследовательского центра Карлова университета (UNCE) и программы L'Oréal-UNESCO «Для женщин в науке».

Источник: Novinky.cz