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.
Свежие комментарии