Российские ученые представили катализатор, который преобразует углекислый газ (CO₂) в вещества, из которых можно получать монооксид углерода, метан и другие углеводороды. Полученный образец обеспечивает конверсию CO₂ до 21% и демонстрирует стабильную работу в течение 50 часов. Инновационный метод перспективен для «зелёной» энергетики.
Углекислый газ — один из ключевых факторов глобального потепления. Молекула CO₂ довольно стабильна и может поглощаться экосистемой лишь до определенного предела, что приводит к постоянному накоплению CO₂ в атмосфере и ускоряет изменение климата. Существует два основных подхода к решению проблемы утилизации CO₂: улавливание и преобразование. В первом случае CO₂ улавливают из газовой или жидкой фазы с помощью различных адсорбентов, таких как цеолиты, металлоорганические каркасные структуры, оксиды и другие, а затем хранят их в резервуарах. Вторая стратегия предполагает разработку новых материалов и каталитических процессов для преобразования CO₂ в полезные продукты. Использование многокомпонентных каталитических систем, таких как биметаллические сплавы, является одним из наиболее перспективных направлений исследований. Биметаллические системы, представляющие собой компромисс между благородными и неблагородными металлами, могут обеспечить высокую каталитическую эффективность при меньших затратах.
«Важный критерий в исследовательской деятельности Университета МИСИС — системный подход к повестке устойчивого развития, обеспечивающей рациональное природопользование, энергоэффективность, рециклинг отходов, разработку и внедрение природоподобных технологий. Коллектив исследователей под руководством выдающегося учёного, профессора, д.ф.-м.н. Дмитрия Владимировича Штанского разработал технологию, которая поможет снизить техногенную нагрузку на окружающую среду. Инновационный метод преобразования углекислого газа в топливо и химическое сырьё будет востребован в „зелёной“ энергетике», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Чтобы решить задачу утилизации углекислого газа для современной промышленности, учёные НИТУ МИСИС, ИБХФ РАН и Сколтеха разработали катализатор на основе наночастиц биметаллического сплава железа и платины, закреплённых на особой подложке, выполняющей функцию стабилизатора.
«Мы изучили два типа подложек, способных повысить каталитические свойства: обычные микрочастицы нитрида бора и модифицированные с контролируемыми дефектами структуры. От них напрямую зависит характер распределения. На гладкой поверхности наночастицы располагаются более хаотично и в ходе каталитической реакции при повышенной температуре могут укрупняться. Обработанная подложка позволяет фиксировать частицы на дефектах, которые препятствует их спеканию из-за большей площади контакта. Во втором случае катализатор показывает высокую активность с первых минут реакции и сохраняет ее в течение многих часов. Это позволяет повысить эффективность переработки углекислого газа и приблизить технологию к условиям промышленного применения, где важны надёжность и воспроизводимость результатов», — сказал к.т.н. Антон Конопацкий, старший научный сотрудник НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС, лауреат грантовой программы Marie Sklodowska-Curie Actions.
С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научном журнале Materials Chemistry and Physics (Q1).
«Во время реакции катализатор частично перестраивает свою кристаллическую структуру, что приводит к появлению активных участков поверхности, способствующих образованию углеводородов. При этом процесс упорядочения происходит при температурах около 300°C, что значительно ниже, чем обычно требуется для подобных превращений. Таким образом, сочетание биметаллических каталитически активных наночастиц и носителя на основе нитрида бора позволяет контролировать распределение продуктов реакции без изменения условий ее проведения», — объяснил д.ф.-м.н. Дмитрий Штанский, директор НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Стабильность катализаторов изучалась в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Биомедицинская инженерия и биоматериалы» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030». Также проект является участником программы WINNINGNormandy, поддерживаемой регионом Нормандия, профинансирован в рамках программы исследований и инноваций Европейского союза «Горизонт-2020» по грантовому соглашению с Marie Sklodowska-Curie Actions.
