Медные наноструктуры повышают эффективность использования жидкого топлива
 Схематическое изображение процесса преобразования, предложенного учеными. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Хотя на сегодняшний день разработано уже много катализаторов, позволяющих преобразовывать CO2 в CO, идей, как производить этанол из CO в присутствии воды в качестве источника водорода, гораздо меньше. Медь является единственным известным материалом, который может управлять второй стадией преобразования, но до сих пор не было создано на ее основе такого материала, который обеспечил бы преобразование CO и воды в этанол с достаточной эффективностью.
В своей последней работе группа ученых из Stanford University (США) предложила как раз такой катализатор на основе нанокристаллической меди. Предложенный катализатор состоит из непрерывной сети кристаллов нанометрового размера, соединенных неупорядоченными областями (границами зерен кристаллов). До сих пор большая часть исследований нанокатализаторов была ориентирована на исследование металлических наночастиц, но группа ученых установила, что нанокристаллические материалы имеют лучшие каталитические свойства, чем отдельные наночастицы.
Работа является важным шагом вперед с точки зрения разработки систем, которые используют возобновляемые источники энергии для преобразования углекислого газа и воды в жидкое топливо. Подобный «запас», который может производиться при помощи энергии, полученной от фотоэлементов и ветряных турбин, может эффективно сохраняться для последующего использования.
Хотя работа доказала возможность подобного двухступенчатого преобразования, перед тем, как говорить о потенциальном коммерческом применении, ученые планируют улучшить разработанный катализатор. Очевидно, что эффективность преобразования будет определяться, как произведение эффективности используемого альтернативного источника электричества (к примеру, фотогальванического элемента с КПД порядка 20%) и эффективности электрохимической части системы. Пока ячейка далека от оптимизированной, но уже сейчас, благодаря предложенному катализатору, она обеспечивает довольно высокий КПД преобразования «света или ветра в этанол».
Подробные результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Nature. В настоящее время ученые заняты дальнейшим изучением структурных свойств оксида, полученного на основе нанокристаллической меди. Кроме того, параллельно готовятся варианты катализатора с различными структурами на границах зерен и атомами легирующей примеси, позволяющими еще больше повысить активность катализатора. В перспективе планируется включение катализаторов в электрохимические ячейки, разработанные для производства большого количества топлива.
Коллеги ученых из других научных групп, не участвовавших в исследованиях, считают, что опубликованные результаты закладывают основу для дальнейшего прогресса. В связи с проблемами прогнозирования цен на ископаемое топливо, допустимые затраты на производство этанола на основе возобновляемых источников энергии пока не ясны. Но, безусловно, такое производство требует эффективных катализаторов.
Также по теме:
- Кислотные катализаторы на основе графена
- Ученые предложили эффективный катализатор на основе наночастиц платины
- Ученые из США побили рекорд по эффективности восстановления кислорода
- Ученые нашли катализатор для эффективного производства водорода
- Учёные работают над созданием аналогов белковых молекул
Источники: