Исследователи из EPFL, Университета Копенгагена и Шанхайского университета представили революционный медный катализатор, способный превращать углекислый газ в ацетальдегид, критически важное соединение в производстве. Это открытие представляет собой устойчивую альтернативу традиционным методам, основанным на ископаемом топливе.
Ацетальдегид, являющийся неотъемлемой частью различных продуктов, от парфюмерии до пластмасс, в основном производится с помощью Вакер-процесса, в основе которого лежит этилен, получаемый из продуктов нефтехимии. По мере усиления экологических проблем химическая промышленность все чаще ищет более экологичные методы производства.
Вакер-процесс, разработанный более шести десятилетий назад, является ресурсоемким и оказывает значительное воздействие на выбросы углекислого газа. Новый катализатор решает эти проблемы, облегчая электрохимическое восстановление CO2, что не только уменьшает выбросы парниковых газов, но и генерирует ценные химические вещества.
Под руководством Седрика Давида Кулена команда разработала медный катализатор, который достигает впечатляющей селективности 92% для ацетальдегида. Это новшество, описанное в Nature Synthesis, может потенциально заменить устаревший Вакер-процесс, предлагая масштабируемое и экономически эффективное решение для промышленных применений.
Кулен отметил: "Вакер-процесс практически не изменился за последние 60 лет. В его основе по-прежнему лежит тот же химический состав. Настало время для 'зеленого прорыва'". Исследование включало синтез крошечных кластеров меди размером около 1,6 нанометра с использованием метода искровой абляции, который позволяет точно контролировать размер частиц.
Эксперименты команды показали, что медные кластеры сохраняли высокую эффективность и стабильность в ходе электрохимических реакций, достигая селективности для ацетальдегида при низком напряжении. Эта эффективность имеет решающее значение для экономии энергии.
Соавтор Уэн Ло отметил: "Что нас действительно удивило, так это то, что медь оставалась металлической даже после удаления потенциала и воздействия воздуха". Этим он подчеркнул пригодность катализатора для вторичной переработки благодаря оксидной оболочке, которая защищает сердцевину от окисления.
Компьютерные симуляции показали, что уникальная атомная конфигурация медных кластеров способствует желаемым химическим трансформациям. Соавтор Джек К. Педерсен подчеркнул универсальность этого подхода, заявив: "Прекрасно то, что наш процесс можно применить к любой другой системе катализаторов". Эта структура позволяет быстро отбирать новые материалы для восстановления CO2 или электролиза воды.
Этот медный катализатор представляет собой значительный шаг вперед в области устойчивой промышленной химии. Если его внедрить в большем масштабе, он может сократить зависимость от нефтехимических продуктов и снизить выбросы CO2, с потенциалом воздействия на различные сектора, включая фармацевтику и сельское хозяйство.