Чеські вчені створили фотокатод, що перетворює CO2 на етанол

Вчені хімічної секції природничого факультету Карлового університету в Празі під керівництвом Павли Еліашової, які працювали спільно з колегами з математико-фізичного факультету того ж університету, розробили новий фотокатод для перетворення вуглекислого газу на етанол за допомогою сонячної енергії. Про це розповіла сама дослідниця, представивши результати роботи в науковій статті.

Йдеться про ключовий елемент так званого солярного реактора — пристрою, здатного перетворювати вуглекислий газ на корисне паливо. Саме фотокатод відповідає за поглинання світла та запуск потрібної хімічної реакції. За словами Еліашової, така переробка CO2 із використанням сонячної енергії довгий час вважалася «святим Граалем» сучасної зеленої хімії.

Побічний ефект — виробництво алкоголю

Цікаво, що розроблена технологія потенційно застосовна не лише в хімічній промисловості, а й у харчовій — для виробництва дистилятів. На запитання про те, чи можна таким способом отримувати питний алкоголь, вчена відповіла, що це можливо і залежить від того, як кінцевий виробник захоче використовувати процес.

Довгий час ідеальним матеріалом для перетворення CO2 на спирт вважався оксид міді(I): він дешевий, доступний і чудово поглинає сонячні промені. Але на практиці виникала серйозна проблема — у водному середовищі під дією світла він вкрай швидко руйнувався, подібно до іржавіючого заліза, і втрачав свої властивості вже за кілька десятків хвилин.

Рішення — «нано-сендвіч»

Чеська команда знайшла вихід, створивши унікальну багатошарову структуру, яку самі дослідники називають «нано-сендвічем». Вони поєднали оксид міді(I) із сучасними двовимірними матеріалами — MXenами, а потім за допомогою точно контрольованого нагрівання сформували на їхній поверхні ультратонкий шар оксиду титану.

Такий модифікований MXen здатний миттєво відводити електричний заряд від оксиду міді, уповільнюючи тим самим його руйнування. При цьому заряд одночасно використовується для перетворення вуглекислого газу на рідке паливо. «Мідна основа забезпечує максимальне використання енергії світла, а струмопровідна структура MXen гарантує активність матеріалу навіть після багатогодинної роботи», — пояснила Еліашова.

Рекордна ефективність і чистий продукт

У лабораторних випробуваннях новий фотокатод показав рекордну ефективність перетворення сонячної енергії на етанол — 2,74 відсотка. Принципово важливо, що в результаті утворюється лише один продукт: на відміну від багатьох інших систем, які дають суміш побічних речовин, розробка чеських учених виробляє виключно чистий етанол у рідкій формі, що значно спрощує можливе промислове застосування технології.

«Це великий крок вперед для нас. У лабораторному масштабі система працює дуже добре і виробляє етанол протягом багатьох годин. Наступний крок — ще більше зміцнити стабільність фотокатода і почати випробування у більшому масштабі при реальному денному світлі», — додала фізикохімік Еліашова.

Дослідження проводилося в рамках міжнародного європейського проєкту DESIRED програми Horizon Europe за підтримки Дослідницького центру Карлового університету (UNCE) та програми L'Oréal-UNESCO «Для жінок у науці».

Джерело: novinky.cz