Учёные совершили важный прорыв в области чистой энергетики, разработав новый катализатор на основе марганца, который эффективно превращает углекислый газ (CO2) в формиат. Этот доступный и недорогой металл стал отличной альтернативой дорогим и редким драгоценным металлам, которые использовались ранее. Формиат же рассматривается как перспективный материал для хранения водорода, что открывает новые возможности для экологически чистых топливных элементов.
Водородные топливные элементы генерируют электричество, но их широкому внедрению мешает сложность и высокая стоимость производства и хранения водорода. Формиат (в форме муравьиной кислоты) может служить удобным и безопасным носителем водорода. Однако сегодня его производство в основном зависит от ископаемого топлива, что сводит на нет экологические преимущества. Новый подход предлагает получать формиат напрямую из CO2, одновременно сокращая выбросы парниковых газов и создавая полезный продукт.
Главной проблемой в преобразовании CO2 всегда был катализатор. Катализаторы из доступных металлов, как правило, быстро разрушаются. Исследователям из Йельского университета и Университета Миссури удалось решить эту задачу, кардинально переработав структуру катализатора. Добавление дополнительного донорного атома в конструкцию лиганда (молекулы, связанной с металлом) стабилизировало марганец и значительно продлило срок его службы.
«Я рад, что дизайн лиганда принёс такие значимые результаты», — отметил ведущий автор исследования Джастин Ведал. В итоге катализаторы на основе марганца показали эффективность, превосходящую большинство аналогов из драгоценных металлов. Эта технология предлагает двойную выгоду: утилизацию основного парникового газа из атмосферы и создание возобновляемого химического сырья для энергетики будущего.
Исследователи полагают, что аналогичный принцип проектирования катализаторов может быть применён и в других химических процессах, таких как гидрирование для производства спиртов, окисление для получения органических кислот, полимеризация для создания пластмасс, а также в синтезе фармацевтических препаратов и производстве аммиака для удобрений. Это расширяет потенциальное влияние их работы.
Однако для масштабирования производства формиата из CO2 до промышленного уровня предстоит преодолеть ряд барьеров. Помимо необходимости обеспечить чистые источники CO2 и водорода, а также решить вопросы энергоёмкости процесса и очистки конечного продукта, ключевыми вызовами остаются долговременная стабильность катализаторов и снижение их стоимости. Разработка, финансируемая Министерством энергетики США, представляет собой важный шаг на пути к созданию устойчивой и экономически viable «чистой» химии, способствующей декарбонизации промышленности и энергетического сектора.
Источник: New catalyst turns carbon dioxide into clean fuel source