Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США синтезировали новый электрокатализатор, который преобразует углекислый газ и воду в этанол с высокой эффективностью и селективностью. Соединение позволит не только утилизировать парниковый газ, но и получать этиловый спирт по низкой цене.

Статья об этом опубликована в журнале Nature Energy.

Катализаторы — это соединения, которые ускоряют химические реакции, снижая количество энергии, необходимое для их начала. Эти вещества используются, например, для переработки нефти. Сегодня их можно найти в 80% промышленных химических процессов. Электрокатализаторы ускоряют реакции, которые происходят при действии электрического тока на исходные вещества.

Теперь американские исследователи нашли способ превращения углекислого газа и воды в этиловый спирт. Кроме спиртовой промышленности этанол может также использоваться в качестве топлива, антисептика или компонента различных фармацевтических препаратов.

Катализатор ученых состоит из меди, диспергированной на подложке из угольного порошка. В результате электрохимической реакции этот катализатор расщепляет молекулы CO₂ и воды и «собирает» их в молекулы этанола.

Электрокаталитическая селективность такого преобразования составляет более 90%, что намного выше любого подобного процесса. Более того, катализатор стабильно работает в течение длительного времени при низком напряжении.

Чтобы понять, как работает новый электрокатализатор, ученые провели рентгеноструктурный анализ материала, облучая его источником фотонов APS. Затем исследователи использовали электронную микроскопию высокого разрешения и вычислительное моделирование.

В результате оказалось, что отдельные атомы меди в катализаторе могут обратимо превращаться в кластеры под действием электрического тока. Эти кластеры, в свою очередь, являются реакционными центрами: именно там происходит преобразование углекислого газа в этанол.