В Китае создали катализатор для CO2, который сам оптимизируется в работе

Китайские ученые из Даляньского института химической физики и Сычуаньского университета разработали уникальный катализатор для переработки углекислого газа, который с течением времени становится только эффективнее. В основе новой технологии лежит никелевый катализатор, украшенный слоями двумерных карбидов и нитридов металлов, известных как mxenes. Эти ультратонкие материалы напоминают по структуре графен и обладают специальной поверхностью, покрытой группами -O, -F и -OH, которые изменяют химические свойства, улучшая взаимодействие с наночастицами никеля.

Первоначальный размер никелевых частиц составлял около 13 нанометров, однако под воздействием водорода и углекислого газа они уменьшились до 3 нанометров. При этом селективность реакции по получению угарного газа выросла с 21% до 93%, сохранив при этом высокую активность катализа. Это связано с изменением структуры катализатора: поверхностные группы mxenes частично исчезают, и никель начинает контактировать напрямую с молибденом, а не через кислород. Такой переход усиливает перенос электронов и переключает выход реакции с метана на угарный газ.

Результаты исследования опубликованы в издании Chinese Journal of Catalysis. По словам ученых, в отличие от традиционных катализаторов, которые со временем теряют эффективность, разработанный катализатор способен к самооптимизации в процессе работы. Mxenes здесь выступают как «умная» подложка, которая адаптируется к изменениям условий реакции. Это открывает новые возможности для эффективной переработки CO2 в различные полезные продукты, включая топлива и химическое сырье.

Исследование также демонстрирует экономическую выгоду: катализатор не требует предварительной сложной активации, так как настраивается самостоятельно во время процесса, что снижает производственные расходы. Кроме того, при масштабировании технологии можно будет регулировать выходные продукты, меняя параметры реакции, например, переключаясь с угарного газа на метанол. Это делает систему особенно перспективной для использования на промышленных установках с утилизацией CO2 на заводах и электростанциях.

Однако авторы отмечают, что пока не ясна долговременная стабильность катализатора при эксплуатации более 100 часов, а также его поведение в присутствии примесей, таких как сера. Mxenes чувствительны к окислению, что может привести к снижению стабильности в реальных промышленных условиях. Ранее ученые также заявляли о возможности применения mxenes для производства экономически выгодного зеленого водорода.