Углекислый газ — главный виновник парникового эффекта, но что, если его можно не просто улавливать, а перерабатывать в полезные вещества с помощью солнечного света?

Китайские ученые из Университета Сиань Цзяотун и Университета Тамкан под руководством профессора Шаохуа Шэня сделали важный шаг в этом направлении. Они создали ультратонкие слои оксихлорида висмута (BiOCl), которые в разы эффективнее расщепляют CO₂ под действием света.

Результаты опубликованы в издании Nano-Micro Letters.

Раньше главными проблемами фотокатализаторов были:

• мало активных центров, способных удерживать и преобразовывать молекулы CO₂;
• быстрая потеря энергии — электроны и «дырки» успевали прореагировать друг с другом, а не с CO₂.

Фотокатализатор — материал, который ускоряет химическую реакцию под действием света, сам при этом не расходуясь. Представьте, что это «наноработник», который использует энергию света, чтобы разбивать молекулы CO₂ на углерод и кислород.

Новый материал, названный BOCNSs-i, решает обе проблемы. Его получают, расслаивая BiOCl в изопропаноле до атомарной толщины. Чем тоньше слой, тем быстрее электроны добираются до поверхности и вступают в реакцию.

Дополнительный плюс — кислородные вакансии (пустоты в кристаллической решетке), которые помогают активировать CO₂.

Что удалось достичь

• При обычном солнечном свете (в 1,7 раза ярче естественного) материал производит 134,8 микромоль CO на грамм в час.
• Если свет сконцентрировать (как в солнечной электростанции), выход увеличивается до 13,3 миллимоль — это уже близко к промышленным масштабам.
• Кислород выделяется в строгом соотношении 2:1, что подтверждает — реакция идет так, как задумано.

Как это работает

Ультратонкие слои BiOCl не просто увеличивают площадь поверхности. Они создают сильное внутреннее электрическое поле, которое буквально выталкивает электроны к CO₂. Спектроскопия показала, что электроны накапливаются на атомах висмута, снижая энергию, необходимую для расщепления молекул. Вода в системе играет ключевую роль — ее молекулы помогают переносить кислород.

Технология масштабируема, материал стабилен под концентрированным светом. Следующий шаг — поиск еще более эффективных структур и оптимизация условий реакции.

Если технологию удастся вывести за пределы лаборатории, она может:

• Снизить зависимость от ископаемого топлива — CO можно использовать как сырье для синтеза метанола или других топлив.
• Обеспечить экологически чистую переработку CO₂ — например, на промышленных предприятиях с высокими выбросами.
• Создать основу для «солнечных» топливных станций — там, где много света и нет инфраструктуры для традиционной энергетики.

Пока речь идет о лабораторных результатах, но даже они показывают, что принцип работает.

Основной вопрос — стоимость и долговечность. В статье не указано, сколько циклов выдерживает материал без потери активности, а также насколько дорогим будет его массовое производство. Кроме того, концентрированный солнечный свет требует сложной оптики, что увеличивает затраты.

Ранее ученые заявили, что бетонные джунгли тоже помогают бороться с изменением климата.