Химики получили полезный химикат из биомассы, света и углекислого газа
Они использовали уникальный по составу фотоанод
Электрохимическая ячейка на основе фотоанода, содержащего оксиды кобальта и вольфрама, и катода с наночастицами олова при облучении имитацией солнечного света одновременно превращает углекислый газ в формиат, а растительное сырье — в предшественник биопластика, выяснили ученые. Фарадеевская эффективность обоих процессов составила 93 и 95 процентов соответственно. Исследование опубликовано в журнале Communications Materials.
Преобразование CO2 в топливо и ценные химикаты считается одним из ключевых направлений на пути к нулевым выбросам, и фотоэлектрохимия особенно привлекательна тем, что использует энергию солнца, напрямую генерируя электрический ток. В классической схеме на катоде восстанавливают углекислый газ, а на аноде окисляют воду, но именно окисление воды вызывает наибольшие затруднения: реакция идет медленно и требует высокого избыточного напряжения, из-за чего без подачи внешнего напряжения система почти не работает. Поэтому в последние годы воду на аноде стали заменять органическими соединениями, которым не требуется высокое напряжение и окисление которых попутно дает что-то полезное: спиртами, различными соединениями из биомассы, пластиками. Однако системы с использованием таких веществ работали за счет дорогих ферментов или благородных металлов, и как правило, их проверяли только на одном модельном спирте, что не давало полной картины для реальной работы в промышленных условиях.
Мадасами Тхангамуту (Madasamy Thangamuthu) из Ноттингемского университета с коллегами нашел решение проблемы в системе из двух электродов на углеродной бумаге. Чтобы получить фотоанод, группа ученых методом электрофоретического осаждения, при котором частицы осаждаемого материала под воздействием внешнего электрического поля двигаются к электроду и образовывают на нем слой осадка, нанесла слоистые структуры из оксида вольфрама и нитрида углерода, а затем методом электроосаждения нанесла слой из оксида кобальта. Таким образом, оксиды двух