Ученые из Сколтеха совместно с коллегами из Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН и Томского политехнического университета синтезировали новый фотокатализатор, способный значительно ускорить восстановление углекислого газа. Разработка позволяет увеличить выход метана в семь раз по сравнению с традиционным диоксидом титана. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Фотокаталитическое восстановление CO₂ считается одним из перспективных способов утилизации парниковых газов и получения экологичного топлива. Обычно в таких реакциях применяют диоксид титана, модифицированный благородными металлами — платиной, золотом или палладием, что делает технологии дорогими. В новой работе исследователи предложили альтернативу — использовать высокоэнтропийные карбиды.
Высокоэнтропийные карбиды — это новый класс материалов, содержащих сразу несколько металлов и углерод. Они отличаются высокой термостойкостью и устойчивостью к экстремальным условиям, а их свойства можно тонко настраивать, изменяя состав.
«В нашем исследовании были созданы и изучены композитные фотокатализаторы из диоксида титана и высокоэнтропийного карбида, синтезированного безвакуумным электродуговым методом. Свойства таких карбидов еще малоизучены, и нам удалось показать их потенциал именно в фотокатализе», — рассказал заведующий лабораторией перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ Александр Пак.
Высокоэнтропийный карбид был получен в Томском политехе методом безвакуумного электродугового синтеза — с помощью дугового разряда на открытом воздухе без использования сложного вакуумного оборудования. Ранее этот подход уже позволил впервые получить подобные материалы в атмосферной плазме.
Причины высокой активности нового катализатора ученые изучили с помощью компьютерного моделирования.
«Мы провели большое количество вычислений, чтобы понять, как локальная структура активных центров влияет на адсорбционные и каталитические свойства. Это позволило заранее оценить перспективность материала и станет основой для дальнейших моделей на базе машинного обучения», — пояснил руководитель исследования, профессор Сколтеха Александр Квашнин.
Эксперименты показали, что оптимальный эффект достигается при добавлении 10% высокоэнтропийного карбида в состав катализатора.
«Скорость образования метана при фотокаталитическом восстановлении CO₂ под действием видимого света оказалась в семь раз выше, чем у немодифицированного диоксида титана. Это связано с улучшенным разделением зарядов и увеличением времени их жизни», — отметила ведущий научный сотрудник Института катализа СО РАН Екатерина Козлова.
В перспективе разработка может лечь в основу новых технологий утилизации углекислого газа и производства синтетического топлива.
Ранее российские ученые выяснили, как возраст меняет риск развития рака.
