Преобразование атмосферного углекислого газа (CO2), парникового газа, в полезные ресурсы, такие как окись углерода, муравьиная кислота, метанол и их побочные продукты, считается многообещающим путем смягчения глобального потепления, а также создания экономической ценности. Одним из подходов к конверсии CO2 является электрокаталитическое восстановление. В этом процессе используются традиционные катализаторы, такие как свинец, серебро, олово, медь, золото и т. д., нанесенные на проводящий углерод в качестве электродного материала для селективного снижения CO2. Однако во время электрокатализа электрод часто подвергается воздействию среды электролита с высоким pH, что может привести к разрушению носителя катализатора и является причиной серьезной обеспокоенности.
Чтобы решить эту проблему, группа исследователей под руководством г-на Кая Такаги и профессора Чиаки Терашима из Высшей школы науки и технологий и Научно-исследовательского института науки и технологий Токийского университета науки (TUS) в Японии недавно разработала носитель катализатора на основе порошка диоксида титана (TiO2), соединения, обычно используемого в солнцезащитных кремах, красках, покрытиях, зубной пасте, пластмассах, бумаге, фармацевтических препаратах и пищевых красителях, в качестве альтернативы углероду для обеспечения эффективного снижения выбросов CO2.
Исследователи сначала провели обработку поверхности с использованием безопасной и недорогой жидкостной плазмы для улучшения электрохимических свойств TiO2. «Обработанный в жидкой плазме TiO2 сохранил форму частиц и кристаллическую структуру. Кроме того, элементный анализ и оценка состояния межфазных связей и электрохимических свойств TiO2 показали, что окислительно-восстановительные пики, соответствующие Ti4+ и Ti3+, полученные из TiO2, исчезли, а водород перенапряжение уменьшилось», — подчеркивает профессор Терашима. Эти наблюдения привели команду к выводу, что на некоторых участках восстановленной поверхности TiO2 появилось вольфрамовое покрытие или легирование.
Затем исследователи использовали TiO2 в качестве носителя и наполнили его наночастицами серебра (AgNP), которые действуют как катализаторы, чтобы разработать газодиффузионный электрод для восстановления CO2. В то время как необработанный TiO2 демонстрировал высокую селективность по отношению к CO2 и углеродной саже, TiO2, обработанный плазмой в жидкой форме с 40 вес.% загрузки AgNP, продемонстрировал увеличение производства водорода и улучшение каталитических характеристик. Учитывая, что подходящее соотношение водорода и монооксида углерода важно для эффективного снижения выбросов CO2, представленная технология имеет огромный потенциал для преобразования CO2 в полезные побочные продукты, такие как синтез-газ, который считается чистым топливом с очень высокой промышленной ценностью.
Кроме того, электрокаталитическое восстановление CO2 может быть интегрировано с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечные панели или энергия ветра, для устойчивого и экологически безопасного преобразования CO2. Таким образом, эта работа является важным шагом на пути к эффективному решению проблемы выбросов парниковых газов и борьбе с изменением климата.
«Надеемся, что настоящее исследование будет способствовать исследованиям технологий углеродной нейтральности и переработки углерода в соответствии с целями устойчивого развития ООН 7, 12 и 13 по доступной и чистой энергии, ответственному потреблению и производству и действиям по борьбе с изменением климата соответственно. Это, в свою очередь, откроет двери для реализации углеродно-нейтрального и устойчивого будущего», — заключает профессор Терашима.
