Ученые нашли новый метод синтеза метана из углекислого газа

Химики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха достигли значительных успехов в разработке катализаторов для «зеленой» химии. В журнале Nature Nanotechnology опубликована статья, в которой представлена инновационная структура с изолированными атомами металла на поверхности оксида гафния.

Метанол играет ключевую роль в химической промышленности, являясь важным сырьем для производства пластмасс и топлива. Его использование в качестве компонента возобновляемых источников энергии способствует переходу от ископаемых ресурсов к более устойчивым методам производства. Применение «зеленой» энергии для синтеза метанола позволяет сделать этот процесс климатически нейтральным, превращая CO₂ в полезную продукцию.

Ранее ученые разработали масштабируемую технологию превращения CO₂ и водорода в метанол с использованием катализатора, состоящего из оксида индия и небольших количеств палладия. Этот катализатор генерирует чистый метанол и воду в качестве побочных продуктов.

Недавним достижением стало создание катализатора с одноатомной структурой, в которой активные атомы индия расположены по одному на поверхности оксида гафния, в отличие от традиционных катализаторов, где металлы присутствуют в виде частиц, состоящих из сотен атомов. Экспериментальные исследования показали, что такая структура обеспечивает более высокую эффективность синтеза метанола из CO₂ по сравнению с использованием наночастиц индия.

Исследователи разработали несколько методов целенаправленного закрепления атомов индия на поверхности оксида гафния, что позволяет создать стабильную среду для их функционирования. В одном из тестов материалы подвергались воздействию высоких температур в диапазоне от 2000 до 3000 °C с последующим быстрым охлаждением, при этом индий сохранял свою позицию на поверхности.

Эта новая технология демонстрирует возможность проведения химических реакций при высоких температурах и давлениях, необходимых для синтеза метанола из CO₂ и водорода. Например, для этого процесса требуется температура до 300 °C и давление в 50 раз превышающее атмосферное.