Превращение углекислого газа в ценные ресурсы с помощью наночастиц
Международная исследовательская группа использовала наночастицы для преобразования углекислого газа в ценные сырьевые материалы. Учёные из Рурского университета в Бохуме (Германия) и Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) позаимствовали принцип у ферментов, которые производят сложные молекулы в многоступенчатых реакциях. Команда перенесла этот механизм на металлические наночастицы, также известные как нанозимы. Химики использовали CO2 для производства этанола и пропанола — распространённого сырья для химической промышленности.
Команда под руководством профессора Вольфганга Шуманна из Центра электрохимии в Бохуме и профессора Корины Андронеску из Дуйсбург-Эссенского университета вместе с австралийской группой профессоров Джастина Гудинга и Ричарда Тиллери сообщила об этом в Journal of the American Chemical Society 25 августа 2019 года.
«Перенос каскадных реакций ферментов на каталитически активные наночастицы может стать решающим шагом в дизайне катализаторов», — говорит Вольфганг Шуманн.
Частица с двумя активными центрами
Ферменты имеют разные активные центры для каскадных реакций, каждый из которых специализируется на определённых стадиях реакции. Например, один фермент может произвести сложный продукт из относительно простого исходного материала. Чтобы имитировать эту концепцию, исследователи синтезировали частицу с серебряным ядром, окружённым пористым слоем меди. Серебряное ядро служит первым активным центром, медный слой — вторым. Промежуточные продукты, образующиеся на серебряном ядре, затем реагируют в медном слое с образованием более сложных молекул, которые в конечном итоге покидают частицу.
В данной работе немецко-австралийская команда показала, что электрохимическое восстановление углекислого газа может происходить с помощью нанозимов. Несколько стадий реакции на серебряном ядре и медной оболочке превращают исходный материал в этанол или пропанол.
«Существуют и другие наночастицы, способные производить эти продукты из CO2 без каскадного принципа, — отмечает Вольфганг Шуманн. — Однако они требуют значительно больше энергии».
Исследователи теперь планируют развивать концепцию каскадной реакции в наночастицах, чтобы селективно производить ещё более ценные продукты, такие как этилен или бутанол.