Перспективным направлением развития чистой энергии в будущем является ее хранение в виде топлива на основе углерода, производимого из возобновляемых источников, что позволяет эффективно использовать жидкие виды топлива, такие как бензин. Первым этапом является электролиз двуокиси углерода на кислород и окись углерода, которые впоследствии могут быть преобразованы в жидкое топливо. Но современные катализаторы образования CO либо недостаточно селективны, либо слишком дороги, чтобы их можно было использовать в промышленности. Ученые EPFL разработали распространенный на Земле катализатор на основе нанопроволок из оксида меди, модифицированных оксидом олова. Установка системы, работающей от солнечной энергии, с использованием этого катализатора смогла расщепить CO2 с эффективностью 13,4%. Работа опубликована в журнале Nature Energy и, как ожидается, поможет мировым усилиям по синтетическому производству топлива на основе углерода из CO2 и воды..
Исследование было проведено в лаборатории Майкла Гретцеля в EPFL. Гретцель известен во всем мире изобретением солнечных элементов, сенсибилизированных красителем («элементы Гретцеля»). Новый катализатор, разработанный аспирантом Марселем Шрайером, постдоком Цзиншаном Луо и несколькими сотрудниками, изготавливается путем осаждения атомарных слоев оксида олова на нанопроволоки оксида меди. Оксид олова подавляет образование побочных продуктов, которые обычно наблюдаются при использовании катализаторов на основе оксида меди, что приводит к единственному образованию CO при электровосстановлении CO2
Катализатор был интегрирован в систему электролиза CO2 и соединен с солнечным элементом с тройным переходом (GaInP/GaInAs/Ge) для получения CO 2 фотоэлектролизер. Важно отметить, что в системе используется тот же катализатор, что и катод, который восстанавливает CO2 до CO, и анод, который окисляет воду до кислорода посредством так называемой «реакции выделения кислорода». Газы разделены биполярной мембраной. Использование только распространенных на Земле материалов для катализа обеих реакций позволяет снизить стоимость системы.
Система смогла выборочно преобразовывать CO2 в CO с эффективностью 13,4% с использованием солнечной энергии. Катализатор также достиг фарадеевской эффективности до 90%, которая описывает, насколько эффективно электрический заряд передается желаемому продукту в системе электрокатализа, подобной разработанной здесь. «Работа устанавливает новый ориентир для снижения выбросов CO2 за счет солнечной энергии», - говорит Луо.
«Впервые демонстрируется такой бифункциональный и недорогой катализатор», - добавляет Шрайер. «Очень немногие катализаторы, за исключением дорогих, таких как золото и серебро, могут селективно преобразовывать CO2 в CO в воде, что имеет решающее значение для промышленных применений.