Список достоинств графена, одного из самых удивительных материалов на свете, пополнился еще одним пунктом. Группа исследователей из университета Райс (Rice University) использовала допированные азотом графеновые квантовые точки (nitrogen-doped graphene quantum dot, NGQD) в качестве катализатора электрохимических реакций, использующих углекислый газ и другие вещества, на выходе которых получается этилен и этанол. А эффективность такого графенового катализатора приближается к эффективности традиционных металлических катализаторов на основе меди, золота и платины.
Чистый графен, состоящий исключительно из углерода не может выступать в роли какого-либо катализатора в силу своей инертности и ряда других причин. Но ученые из университета Райс обнаружили, что разделение графеновой пленки на квантовые точки и допирование этих точек атомами азота превращает материал в эффективный катализатор, который ускоряет скорость ряда электрохимических реакций, идущих под воздействием электрического тока, в том числе и реакций преобразования углекислого газа (CO2).
“Как правило, углерод не является каким-либо катализатором” – рассказывает Пуликель Аджаян (Pulickel Ajayan), ведущий исследователь, – “Мы еще не знаем, почему азотная присадка действует столь эффективно. Однако, мы уже заметили, что фактическое расположение атома азота в кристаллической решетке графена определяет каталитические свойства материала”.
Во время испытаний графеновый катализатор продемонстрировал эффективность, сопоставимую с эффективностью катализатора на базе активированной меди. В ходе реакций в этанол и этилен, которые могут выступать в качестве топлива, было преобразовано 45 процентов от поданного углекислого газа. Но самым большим отличием графенового катализатора от катализатора на базе меди является то, что первый может работать, не теряя своих свойств в течение очень длительного времени. По крайней мере, ученым не удалось зарегистрировать снижения каталитических свойств за все время экспериментов с новым материалом.
“Наш случай вызывает некоторое удивление из-за того, что люди успели испробовать практически все виды катализаторов” рассказывает Пуликель Аджаян, – “И существует лишь ограниченный круг веществ, годных к практическому применению, основным из которых является медь. То, что мы нашли, предоставляет нам большую перспективу, дальнейшие исследования в данном направлении позволят нам найти еще более эффективные способы превращения углекислого газа в вещества, заключающие в себе большое количество энергии”.
Удача ученых еще не означает, что в скором времени на рынке появятся устройства-преобразователи с новым видом катализатора. Однако, графеновые квантовые точки могут быть использованы в качестве катализатора реакций, которые будут поглощать углекислый газ и вырабатывать топливо, используя не электрическую, а тепловую энергию. И именно в этом направлении сосредоточат свои усилия ученые в ближайшем времени.
