Японские ученые создали новый катализатор на основе палладия и аморфного оксида индия, галлия и цинка (a-IGZO), который превращает углекислый газ в метанол с рекордной селективностью — более 91%. В отличие от традиционных катализаторов, здесь используется не просто поверхностная химия, а электронные свойства полупроводника, которые помогают генерировать все необходимые частицы для реакции.

Результаты опубликованы в издании Journal of the American Chemical Society.

Проблема в том, что обычные катализаторы (например, медь-цинковые) при переработке CO₂ часто производят угарный газ (CO) вместо метанола, снижая эффективность. Новая разработка решает эту проблему за счет особого строения материала.

Группа профессора Хидэо Хосоно из Токийского института науки обнаружила, что ключ к успеху — в энергетическом уровне полупроводника, который совпадает с так называемым «универсальным уровнем перехода заряда водорода» (UHCTL). Это значит, что материал одновременно создает и положительные, и отрицательные ионы водорода, необходимые для превращения CO₂ в CH₃OH.

Универсальный уровень перехода заряда водорода (UHCTL) — это энергетический уровень в полупроводнике, на котором ион водорода (H⁺) и гидрид-ион (H⁻) одинаково стабильны. Он играет ключевую роль в реакциях, где нужны оба типа частиц, например, при превращении CO₂ в метанол.

Дополнительно ученые добавили наночастицы палладия — они расщепляют молекулярный водород на атомы, а высокая концентрация носителей заряда в оксиде помогает этим атомам проникать через барьер на границе металла и полупроводника.

Почему это важно

• Метанол — ценное сырье для химической промышленности.
• Технология может снизить выбросы CO₂, превращая его в полезный продукт.

Наш подход меняет принцип создания катализаторов — теперь мы работаем не только с поверхностью, но и с электронной структурой, — говорит Хосоно.

Главное преимущество — высокая селективность. Если технологию удастся масштабировать, это резко удешевит производство метанола из CO₂. Сейчас большая часть метанола делается из природного газа, что связано с выбросами. Новый метод может стать частью «зеленой» химической промышленности.

Также важно, что здесь используется a-IGZO — материал, уже применяемый в дисплеях. Его производство отлажено, значит, катализатор может быть относительно доступным.

Исследование проводилось в лабораторных условиях, и нет данных о стабильности катализатора при длительной работе. Промышленные процессы требуют тысяч часов работы без деградации — а это часто становится камнем преткновения для новых материалов.

Ранее ученые разработали новый катализатор для превращения CO₂ в топливо.