Исследователи из Японии продемонстрировали, что возможно осуществить фотокаталитическое восстановление CO₂, используя в качестве восстановителя обычную воду. Результаты работы приближают возможность экологически безопасного применения CO₂ в качестве сырья для получения полезных соединений.

В настоящий момент большая часть способов конверсии CO₂ в сырье для органического синтеза требует значительных затрат энергии, так как молекула CO₂ устойчива и химически инертна. Многообещающей альтернативой классическим способам переработки CO₂ в полезные вещества является фотокатализ, однако в данном случае сложности возникают при создании реакционноспособной и эффективной каталитической системы, способной активировать молекулу.

Также необходимо, чтобы каталитическая система могла быть масштабирована до размеров промышленного производства и была как можно меньше опасной для окружающей среды, желательно чтобы основу такой системы составляли недорогие и распространенные металлы, и использовала для работы возобновляемую энергию.

Результаты ранее проведенных исследований наталкивали на мысль, что восстановителем для экологически безопасной конверсии CO₂ может быть вода, однако до настоящего момента это предположение не было подтверждено экспериментально.

Рис. 1. Порошкообразный фотокатализатор способствует
восстановлению диоксида углерода в моноксид углерода.
(Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2011, DOI: 10.1021/ja207586e).

Акихиро Кудо (Akihiko Kudo) с коллегами продемонстрировал, что фотокаталитическое восстановление CO₂, в котором источником электронов для восстановления, а также источником водорода является вода –

для конверсии CO₂ требуется лишь вода и фотокатализатор, а необходимость в применении других реагентов попросту отсутствует.

Исследователи экспериментировали с целым рядом металлооксидных фотокатализаторов, которые уже успешно проявили себя в фотохимическом расщеплении воды. Наибольшую эффективность проявил BaLa₄Ti₄O₁₅ на серебряной подложке. При суспендировании такого катализатора в воде, пропускании через воду CO₂ и облучении ультрафиолетом углекислый газ эффективно конвертировался в СО, который далее может применяться в качестве сырья для промышленности; часть CO₂ восстанавливалась до муравьиной кислоты.

Хуцзинь Жао (Huijun Zhao), специалист по фотокаталитическим процессам из Университета Гриффита (Квинсленд, Австралия) отмечает, что работа Кудо, подвтерждающая возможность фотокаталитического восстановления CO₂ водой без дополнительного реагента является очень важным достижением. Результаты новой работы приближают создания системы, работающей на солнечной энергии и превращающей воду с углекислым газом в полезные для органического синтеза реагенты.

Тем не менее, Кудо подчеркивает, что на настоящий момент его работа скорее является фундаментальным исследованием, однако он надеется на перспективы ее практического применения. Он заявляет, что

утилизация CO₂ как источника углерода весьма важна с экологической, энергетической и экономической позиции. Исследователь из Японии надеется подобрать фотокатализаторы, позволяющие осуществлять фотовосстановление углекислого газа водой до углеводородов, которые смогут найти применение и в химической промышленности, и в топливном секторе экономики.