Химики из США нашли способ уменьшить потери углекислого газа в процессе электролитического восстановления. Они использовали проводящую протоны мембрану, чтобы карбонат-анионы не успевали перемещаться в анодное пространство и смешиваться с кислородом. В результате конверсия углекислого газа возросла, пишут ученые в Nature Catalysis.

Углекислый газ можно превращать в ценные органические соединения с помощью электролиза. Химики уже нашли электрокатализаторы, чтобы селективно получать из него угарный газ, этилен и даже пропанол.

В процессе электролитического восстановления углекислый газ на катоде превращается в органический продукт, а параллельно с ним образуются два гидроксид-аниона. Одновременно на аноде молекулы воды окисляются до кислорода, а на каждую окисленную молекулу воды выделяется два гидратированных протона. Так, в раствор около анода переходит много гидратированных ионов H⁺, и он становится более кислым. Напротив, в раствор около анода переходят ионы OH^-, и среда становится более щелочная.

Когда при электролизе углекислый газ попадает в щелочную среду около анода, он частично растворяется и реагирует с гидроксид-анионами, при этом образуются карбонат-анионы CO₃^2-. Они остаются в растворе и постепенно могут проникать в анодное пространство. Там из-за кислой среды они превращаются в неустойчивую угольную кислоту, которая распадается на воду и углекислый газ. В итоге часть углекислого газа оказывается в смеси с кислородом, который тоже выделяется на аноде. Эту смесь газов нельзя снова вводить в электролиз, потому что кислород будет мешать восстановлению. В итоге часть углекислого газа теряется зря, а эффективность процесса падает.

Схема перехода углекислого газа в анодное пространство / Wang Haotian et al. / Nature Catalysis, 2022

Ван Хаотян (Wang Haotian) и его коллеги из Университета Райса занялись проблемой перехода углекислого газа в анодное пространство.