JMSER: Сульфиды металлов могут быть катализаторами для восстановления CO2

Один из самых перспективных способов уменьшить количество CO₂ в атмосфере — перерабатывать его в ценные химические вещества с помощью электрокаталитических реакций восстановления. Это можно сделать в мягких условиях и при низких затратах энергии, если подобрать подходящий электрокатализатор.

Сейчас исследуют много разных типов таких катализаторов, но большинство из них имеют недостатки: низкую активность, плохую избирательность или неустойчивость.

Сульфиды металлов могут стать решением проблемы. Эти материалы сочетают ионные и ковалентные свойства, что обеспечивает хорошую каталитическую активность и энергоэффективность.

Тройная система металлов может быть лучшим решением, так как простые сульфиды образуют лишь несколько простых углеродных соединений в реакциях восстановления CO₂. Тем не менее, исследований о функциональности тройного сульфида металла в качестве электрокатализатора восстановления CO₂ пока мало.

Исследовательская группа под руководством Акиры Ямагучи из Токийского технологического института изучила тенденции развития тернарного сульфида металла. В своей работе, опубликованной в журнале Materials Science & Engineering R: Reports, они объединили анализ экспериментальных данных и машинное обучение.

Сульфиды тройных металлов могут усиливать восстановление CO₂. Но их сложно использовать для анализа эффективности электрокатализаторов из разных металлов и сплавов, потому что у них сложная электронная структура.

Чтобы преодолеть эти трудности, учёные разработали новую методологию скрининга. Предыдущие методы скрининга часто включали дорогостоящие вычисления энергий адсорбции электрокатализаторов. Новая же методология основана на анализе свойств материалов, которые легче измерить и вычислить. Эти свойства были получены в результате экспериментов и анализа данных.

Исследователи, используя экспериментальные данные, рассчитали набор свойств синтезированных образцов сульфида металла. Они измерили структурные, объёмные и поверхностные параметры материала, а также его электрохимическую активность по восстановлению CO₂.

С помощью моделей машинного обучения и четырёх алгоритмов высокоразмерной регрессии они выявили возможные взаимосвязи между свойствами материалов и их электрокаталитическими характеристиками.

Исследователи разработали более эффективный способ анализа электрокаталитических материалов. Они выяснили, что изучение кристаллической структуры тройных сульфидов металлов даёт больше информации, чем анализ их элементного состава.

Этот метод проще и дешевле других подходов, а также применим ко многим материалам. Это особенно полезно, учитывая недостаток данных об активности материалов в реакциях восстановления CO₂, — объясняет Ямагучи.

Исследовательская группа хочет создать эффективные рекомендации по разработке катализаторов для конверсии CO₂ из доступных материалов. Они также надеются, что их наработки будут полезны и в других исследованиях.

13.09.2024