Преобразование CO2 в муравьиную кислоту с использованием соединения на основе оксида алюминия и железа.
Фотовосстановление CO 2 в переносимое топливо, такое как муравьиная кислота (HCOOH), является отличным способом борьбы с повышением уровня CO 2 в атмосфере. Чтобы помочь в этой миссии, исследовательская группа из Tokyo Tech выбрала легкодоступный минерал на основе железа и поместила его на носитель из оксида алюминия, чтобы разработать катализатор, который может эффективно преобразовывать CO 2 в HCOOH с селективностью ~ 90%.
Повышение уровня CO 2 в нашей атмосфере и его вклад в глобальное потепление теперь стали обычным явлением. По мере того, как исследователи экспериментируют с различными способами решения этой проблемы, появилось одно эффективное решение — преобразование избытка атмосферного CO 2 в химические вещества, богатые энергией.
Производство топлива, такого как муравьиная кислота (HCOOH), путем фотовосстановления CO 2 под действием солнечного света недавно привлекло большое внимание из-за двойного преимущества, которое можно получить от этого процесса: он может уменьшить избыточные выбросы CO 2 , а также помочь свести к минимуму нехватка энергии, с которой мы сталкиваемся в настоящее время. Являясь отличным носителем водорода с высокой плотностью энергии, HCOOH может обеспечивать энергию за счет сгорания, выделяя при этом только воду в качестве побочного продукта.
Чтобы воплотить это выгодное решение в жизнь, ученые разработали фотокаталитические системы, которые могли уменьшать выбросы CO 2 с помощью солнечного света. Такая система состоит из светопоглощающей подложки (т.е. фотосенсибилизатора) и катализатора, который может обеспечить многоэлектронный перенос, необходимый для восстановления CO 2 до HCOOH. Так и начались поиски подходящего и эффективного катализатора.
Твердые катализаторы были признаны лучшими кандидатами для этой задачи из-за их эффективности и потенциальной пригодности для повторного использования, и на протяжении многих лет были исследованы каталитические способности многих металлоорганических каркасов (MOF) на основе кобальта, марганца, никеля и железа. последний имеет некоторые преимущества перед другими металлами. Однако большинство катализаторов на основе железа, о которых до сих пор сообщалось, дают в качестве основного продукта только монооксид углерода, а не HCOOH.
Эта проблема, тем не менее, вскоре была решена группой исследователей из Токийского технологического института (Tokyo Tech) под руководством профессора Казухико Маэда. В недавнем исследовании, опубликованном в Angewandte Chemie , группа представила катализатор на основе железа на основе оксида алюминия (Al 2 O 3 ), в котором используется оксигидроксид альфа-железа (III) (α-FeOOH; геотит). Новый катализатор α-FeOOH/Al 2 O 3 продемонстрировал превосходные свойства преобразования CO 2 в HCOOH наряду с превосходной пригодностью для повторного использования. Отвечая на вопрос об их выборе катализатора, профессор Маеда говорит: «Мы хотели исследовать более распространенные элементы в качестве катализаторов в CO 2система фоторедукции. Нам нужен твердый катализатор, который будет активным, пригодным для повторного использования, нетоксичным и недорогим, поэтому для наших экспериментов мы выбрали широко распространенный почвенный минерал, такой как гетит».
Команда использовала простой метод пропитки для синтеза своего катализатора. Затем они использовали насыщенный железом материал Al 2 O 3 для фотокаталитического восстановления CO 2 при комнатной температуре в присутствии фотосенсибилизатора на основе рутения (Ru), донора электронов и видимого света с длиной волны более 400 нанометров.
Результаты были весьма обнадеживающими; их система показала 80-90% селективность по основному продукту, HCOOH, и квантовый выход 4,3% (что свидетельствует об эффективности системы).
В этом исследовании представлен первый в своем роде твердый катализатор на основе железа, который может генерировать HCOOH в сочетании с эффективным фотосенсибилизатором. Также исследуется важность правильного материала носителя (Al 2 O 3 ) и его влияние на реакцию фотохимического восстановления.
Результаты этого исследования могут помочь в разработке новых катализаторов, не содержащих драгоценных металлов , для фотовосстановления CO 2 в другие полезные химические вещества. «Наше исследование показывает, что путь к более «зеленой» энергетике не должен быть сложным. Отличных результатов можно добиться, даже применяя простые методы подготовки катализатора , а хорошо известные соединения, содержащие большое количество земли, можно использовать в качестве селективных катализаторов для снижения выбросов CO 2 . , если они поддерживаются такими соединениями, как оксид алюминия», — заключает профессор Маеда.
