Ученые улучшили превращение CO₂ в CO с помощью света
Нефть XXI века — это CO₂. Но чтобы он стал ценным ресурсом, его нужно правильно разбудить.
Ученые нашли способ усилить электрокатализ, например, превращение CO₂ в полезные вещества, с помощью света. Проблема в том, что обычно фотоны поглощаются неэффективно, и большая часть энергии теряется. Команда профессора Хуан Юань-Бяо из Китайской академии наук предложила оригинальное решение: они поместили квантовые точки из перовскита (CsPbBr₃) — материала, отлично захватывающего свет, — внутрь пористого каркаса из кобальт-порфиринового COF (COF-366-Co).
Результаты опубликованы в издании Science China Chemistry.
Получившийся гибридный материал резко ускорил реакцию восстановления CO₂ под действием света. Рентген и электронная микроскопия подтвердили: перовскит равномерно распределился в структуре COF. Оказалось, что электроны, которые генерируются в квантовых точках под светом, быстро переходят в каркас COF — это показали спектроскопия и эксперименты с люминесценцией. Благодаря этому:
- заряды не успевают «пропасть» и активно участвуют в реакции,
- кобальтовые центры дольше остаются в возбужденном состоянии, снижая энергетический барьер ключевой стадии процесса.
В результате CsPbBr₃@COF-2 под светом дал 93,4% выхода CO при −0,7 В (это почти в полтора раза лучше, чем в темноте), а при −0,9 В ток достиг 7,8 мА/см². Работа открывает путь к созданию гибридных катализаторов, где свет и электричество работают согласованно.
Этот подход решает две ключевые проблемы:
- Энергозатраты — свет снижает напряжение, необходимое для реакции, что критично для промышленности.
- Селективность — CO вместо ненужных побочных продуктов (муравьиной кислоты, водорода).
Применение: системы для утилизации CO₂ на производствах или даже компактные установки для синтеза топлива.
Хотя результаты впечатляют, стабильность перовскитов в воде и при длительной работе под нагрузкой не изучена. В статье нет данных о деградации материала после 20+ часов работы — а для промышленности это ключевой параметр.
Ранее ученые сообщили о намерении использовать железную нитрогеназу для фиксации CO₂.
