Электрокатализаторы — первые материалы, помимо ферментов, которые могут превращать углекислый газ и воду в углеродные строительные блоки, содержащие от одного до четырех атомов углерода с эффективностью более 99 процентов.
Два продукта, созданные исследователями, — метилглиоксаль (C3) и 2,3-фурандиол (C4) — могут использоваться в качестве прекурсоров для пластмасс, адгезивов и фармацевтических препаратов. Токсический формальдегид ученые предлагают заменить метилглиоксалем, так как он безопаснее. Открытие, основанное на химии искусственного фотосинтеза, подробно описано в журнале Energy & Environmental Science.
«Наш прорыв может привести к конверсии диоксида углерода в ценные продукты и сырье в химической и фармацевтической промышленности», — уверен старший автор исследования Чарльз Дисмукес (Charles Dismukes), заслуженный профессор кафедры химии и химической биологии и кафедры биохимии и микробиологии Ратгерского университета, а также главный исследователь в Ваксманском институте микробиологии.
Ранее ученые выяснили, что углекислый газ может быть электрохимически преобразован в метанол, этанол, метан и этилен с относительно высокими выходами. Но такое производство неэффективно и слишком много стоит, чтобы быть коммерчески осуществимым, утверждают исследователи.
Однако углекислый газ и вода могут быть электрохимически преобразованы в широкий спектр продуктов на основе углерода, используя пять катализаторов из никеля и фосфора, которые дешевы и многочисленны. Выбор катализатора и другие условия определяют, сколько атомов углерода можно комбинировать, чтобы получить молекулы или даже генерировать более длинные полимеры — чем длиннее углеродная цепь, тем ценнее продукт.
Основываясь на своем исследовании, сотрудники Ратгерского университета оформили патенты на электрокатализаторы и сформировали обновленную компанию RenewCO2. Следующий шаг — узнать больше об основной химической реакции, чтобы использовать ее для производства других ценных продуктов, таких как диолы, которые широко используются в полимерной промышленности, или углеводороды, которые могут использоваться в качестве возобновляемых видов топлива.