Перетворення атмосферного вуглекислого газу (CO2), парникового газу, корисні ресурси, такі як окис вуглецю, мурашина кислота, метанол та їх побічні продукти, вважається багатообіцяючим шляхом пом’якшення глобального потепління, а також створення економічної цінності. Одним із підходів до конверсії CO2 є електрокаталітичне відновлення. У цьому процесі використовуються традиційні каталізатори, такі як свинець, срібло, олово, мідь, золото і т. д., нанесені на провідний вуглець як електродний матеріал для селективного зниження CO2. Однак під час електрокаталізу електрод часто зазнає впливу середовища електроліту з високим pH, що може призвести до руйнування носія каталізатора і є причиною серйозного занепокоєння.
Щоб вирішити цю проблему, група дослідників під керівництвом пана Кая Такагі та професора Чіакі Терашима з Вищої школи науки та технологій та Науково-дослідного інституту науки та технологій Токійського університету науки (TUS) у Японії нещодавно розробила носій каталізатора на основі порошку діоксиду титану ( TiO2), сполуки, які зазвичай використовуються в сонцезахисних кремах, фарбах, покриттях, зубній пасті, пластмасах, папері, фармацевтичних препаратах і харчових барвниках, як альтернатива вуглецю для забезпечення ефективного зниження викидів CO2.
Дослідники спочатку провели обробку поверхні з використанням безпечної та недорогої рідинної плазми для покращення електрохімічних властивостей TiO2. «Оброблений у рідкій плазмі TiO2 зберіг форму частинок та кристалічну структуру. Крім того, елементний аналіз та оцінка стану міжфазних зв’язків та електрохімічних властивостей TiO2 показали, що окислювально-відновлювальні піки, що відповідають Ti4+ та Ti3+, отримані з TiO2, зникли, а водень перенапруга зменшилася», — наголошує професор Терашима. Ці спостереження призвели до висновку, що на деяких ділянках відновленої поверхні TiO2 з’явилося вольфрамове покриття або легування.
Потім дослідники використовували TiO2 як носій і наповнили його наночастинками срібла (AgNP), які діють як каталізатори, щоб розробити газодифузійний електрод для відновлення CO2. У той час як необроблений TiO2 демонстрував високу селективність по відношенню до CO2 та вуглецевої сажі, TiO2, оброблений плазмою в рідкій формі з 40 мас.% завантаження AgNP, продемонстрував збільшення виробництва водню та покращення каталітичних характеристик. Враховуючи, що відповідне співвідношення водню та монооксиду вуглецю важливе для ефективного зниження викидів CO2, представлена технологія має величезний потенціал для перетворення CO2 у корисні побічні продукти, такі як синтез-газ, який вважається чистим паливом з дуже високою промисловою цінністю.
Крім того, електрокаталітичне відновлення CO2 може бути інтегровано з відновлюваними джерелами енергії, такими як сонячні панелі або вітрова енергія, для стійкого та екологічно безпечного перетворення CO2. Таким чином, ця робота є важливим кроком на шляху до ефективного вирішення проблеми викидів парникових газів та боротьби зі зміною клімату.
«Сподіваємося, що дане дослідження сприятиме дослідженням технологій вуглецевої нейтральності та переробки вуглецю відповідно до цілей сталого розвитку ООН 7, 12 та 13 щодо доступної та чистої енергії, відповідального споживання та виробництва та дій щодо боротьби зі зміною клімату відповідно. Це, у свою чергу, відчинить двері для реалізації вуглецево-нейтрального та сталого майбутнього», — робить висновок професор Терашима.
