Группа исследователей из инженерной школы Университета Калифорнии в Витерби стремится разделить CO2 и преобразовать этот парниковый газ в полезные материалы, такие как топливо или потребительские товары, от фармацевтических препаратов до полимеров. Результаты исследования публикует Journal of Physical Chemistry A.
Обычно этот процесс разделения CO2 требует огромных затрат энергии. Однако в первом вычислительном исследовании такого рода Шаама Шарада, доцент WISE Gabilan и ее команда решили использовать Солнце как помощника в этом процессе.
В частности, они продемонстрировали, что ультрафиолетовый свет может быть очень эффективным для возбуждения органической молекулы олигофенилена. Под воздействием УФ-излучения олигофенилен становится отрицательно заряженным анионом, легко переносящим электроны на ближайшую молекулу, такую как CO2. Таким образом углекислый газ становится способным восстанавливаться и превращаться в составную часть пластмасс, лекарств или даже мебели.
«CO2, как известно, трудно сократить, поэтому он десятилетиями живет в атмосфере. Но этот отрицательно заряженный анион способен восстанавливать даже такой стабильный продукт, как CO2, поэтому он многообещающий и поэтому мы изучаем его.
Шаама Шарада, доцент WISE Gabilan
Быстро растущая концентрация углекислого газа в атмосфере Земли — одна из самых неотложных проблем, которые человечество должно решить, чтобы избежать климатической катастрофы.
С начала индустриальной эры люди увеличили выбросы CO2 в атмосфере на 45% за счет сжигания ископаемого топлива и других выбросов. В результате средние глобальные температуры сейчас на два градуса Цельсия выше, чем в доиндустриальную эпоху. Благодаря парниковым газам, таким как CO2, солнечное тепло остается в атмосфере, нагревая нашу планету.
Многие исследовательские группы изучают методы преобразования CO2, улавливаемого выбросами, в топливо или углеродное сырье для потребительских товаров, от фармацевтических препаратов до полимеров.
В этом процессе традиционно используется тепло или электричество вместе с катализатором для ускорения превращения CO2 в продукты. Однако многие из этих методов часто являются энергоемкими, что не идеально для процесса, направленного на снижение воздействия на окружающую среду. Использование солнечного света для возбуждения молекулы катализатора в свою очередь энергоэффективно.
«Большинство других способов сделать это включают использование химических веществ на основе металлов, и эти металлы являются редкоземельными металлами», — сказала Шарада. «Они могут быть дорогими, их трудно найти, и они потенциально могут быть токсичными».
Эта работа была первым вычислительным исследованием подобного рода, поскольку ученые ранее не изучали основной механизм перемещения электрона от органической молекулы, такой как олигофенилен, к CO2. Команда обнаружила, что они могут проводить систематические модификации олигофениленового катализатора, добавляя группы атомов, которые придают определенные свойства при связывании с молекулами, которые имеют тенденцию подталкивать электроны к центру катализатора, чтобы ускорить реакцию.
Сейчас команда изучает стратегии дизайна катализаторов, которые не только приводят к высокой скорости реакции, но также позволяют возбуждать молекулу видимым светом, используя как квантовую химию, так и генетические алгоритмы.
Читать также
Ореол Андромеды приближается к нашей галактике. Рассказываем, почему это важно
Симптомы коронавируса у детей. На что стоит обратить внимание?
Выяснилось, что заставило цивилизацию майя покинуть свои города