Аэрогель из углерода снизит парниковый эффект

Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Чжэцзянского университета (Китай) синтезировали эффективный катализатор для промышленных целей на основе углеродного аэрогеля. Разработка позволит сократить выбросы оксида углерода — основную причину парникового эффекта — и превратить его в полезный продукт.

Оксид углерода можно использовать для производства топлива, например, энергометана. Сейчас для этой цели применяют катализаторы на основе благородных металлов и их сплавов, но одни из них являются дорогостоящими, а другие подвержены коррозии. Катализатор на основе углеродного аэрогеля лишен подобных недостатков. 

Аэрогель отличается малым весом и представляет из себя материал, изготавливаемый из прекурсора углерода. Принципиальная особенность аэрогеля — высокая пористость. Она обеспечивает доступ газа к активным центрам катализатора, что необходимо для их эффективного взаимодействия.

«Катализатор является пористым каркасом из аэрогеля, в котором формируются активные центры, где будет проходить реакция. Обычно для таких реакций используется углерод, допированный азотом. Но у данных катализаторов есть недостаток — они запускают химические реакции, которые приводят к появлению ненужных побочных продуктов и уменьшают эффективность процесса. Мы использовали в аэрогеле комбинацию азота и фосфора, позволившую ему эффективно запускать именно ту реакцию, которая нам необходима», — рассказывает профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.

На производстве процесс взаимодействия газа и катализатора выглядит следующим образом: газ проходит через специальную ячейку, заполненную аэрогелем. Аэрогель служит электродом, и при подаче тока запускается реакция, которая происходит непосредственно на поверхности катализатора. В результате  образуется функциональная группа карбоновых кислот. Этот продукт переработки может использоваться в большом количестве химических реакций.

В ходе лабораторных экспериментов ученые доказали, что катализатор остается стабильным при силах тока, используемых в промышленных электролитических системах.

В планах исследователей — разработка аналогичных катализаторов, которые можно использовать для реакции восстановления азота и кислорода.

«В атмосфере содержится большое количество азота. Он находится в стабильной форме и практически не вступает в реакции. Если нам удастся разорвать связь, мы получим более активную форму этого газа, способную участвовать в различных химических реакциях. В перспективе такие соединения азота можно будет использовать, например, для производства удобрений», — комментирует Рауль Родригес.