E&ES: Создан новый катализатор для электрохимии на основе серебра и кремнезема

Новый материал, состоящий из серебра и кремнезема, создала группа ученых под руководством докторов Хенг-Сук О и Вонг-Хи Ли в корейском институте науки и технологий. Он может менять кислотность среды так, как это происходит в природе.

Исследование основано на идее, похожей на естественный процесс на нашей планете. Этот процесс называется карбонатно-силикатным циклом и помогает поддерживать баланс углерода на Земле.

Углекислый газ (CO₂) забирается из атмосферы и накапливается в минералах, которые образуются при выветривании пород. Затем вулканы возвращают CO₂ обратно в атмосферу.

Во время выветривания силикатных пород образуется растворенный кремнезем (SiO₂). Он помогает создавать новые породы — карбонатные. А потом, благодаря вулканам, эти породы снова превращаются в силикатные. Это влияет на температуру на Земле.

В процессе важную роль играет кремнезем. Ученые использовали его в экспериментах для преобразования углекислого газа.

Серебряные катализаторы — это вещества, которые помогают преобразовать углекислый газ в монооксид углерода. Это ценное сырье для производства нефтехимической продукции. Но пока эти катализаторы не используются в промышленности, потому что при высоких нагрузках они быстро теряют эффективность. Происходит это из-за того, что частицы скапливаются на поверхности катализатора и мешают ему работать.

Новый материал состоит из серебра и кремнезема.

Во время реакции некоторые вещества взаимодействуют с кремнеземом. Они растворяются в нем, а затем снова выпадают в осадок при нормальных условиях. Это помогает контролировать уровень кислотности (pH).

Такой подход позволяет сохранить эффективность серебряного катализатора без изменения его структуры.

Новый катализатор работает лучше, чем обычные серебряные катализаторы, которые используют в промышленности. Он способен выбирать нужные химические реакции и игнорировать ненужные с вероятностью почти 100%. А старые катализаторы справляются с этим выбором только на 60%, когда работают при силе тока 0,8 ампера на квадратный сантиметр.

Также новый катализатор превращает углекислый газ в угарный газ примерно на 47% эффективнее, чем другие катализаторы. Это значит, что он работает хорошо даже при большой силе тока.

Этот новый материал, состоящий из серебра и кремнезема, помогает улучшить процесс преобразования углекислого газа. Он также дольше служит при больших нагрузках электрического тока. Это делает его более привлекательным для бизнеса, так как он может быть полезен в технологии CCU, которая преобразует углекислый газ с помощью электрохимии.

Материал работает стабильно в течение долгого времени, потому что он выборочно реагирует на определенные вещества и может возвращаться в исходное состояние после каждого цикла работы. Это повышает его производительность и экономическую выгоду.

В будущем команда планирует сделать производство этого материала более эффективным и провести длительные испытания, чтобы проверить, как долго он будет служить в реальных условиях на промышленных объектах, таких как электростанции и нефтехимические заводы.

Доктор О из KIST заключает:

Наше исследование поможет сделать катализаторы более эффективными и улучшить способы защиты окружающей среды для электрохимических систем. Мы надеемся, что это поможет в будущем использовать такие системы в повседневной жизни и в бизнесе.

Результаты опубликованы в издании Energy & Environmental Science.

15.11.2024