2616
Звичайний фталоціанін міді — дешевий і широко доступний синій пігмент — показав несподівано високу ефективність як каталізатор прямого електрохімічного перетворення вуглекислого газу на метан. Команда Tohoku University, Hokkaido University та компанії AZUL Energy нанесла молекули пігменту на газодифузійний електрод і отримала максимальну густину струму 575 міліампер на квадратний сантиметр при фарадеївській ефективності утворення метану до 79,5%. Важливо, що процес відбувається в один етап, без необхідності спочатку перетворювати CO₂ на проміжну сполуку.
Електрохімічне відновлення CO₂ розглядають як один зі способів використання вловленого вуглекислого газу замість його простого зберігання. Якщо електроенергія надходить із відновлюваних джерел, реакцію потенційно можна використовувати для виробництва хімічної сировини або палива з вуглецю, який уже був присутній у викидах.
Метан є привабливою кінцевою молекулою, тому що це широко використовуване газове паливо з готовою інфраструктурою транспортування та зберігання. Але пряме перетворення CO₂ на CH₄ є складною реакцією з великою кількістю електронів і протонів.
На звичайних мідних каталізаторах одночасно можуть виникати різні продукти — чадний газ, етилен, спирти, форміати та інші сполуки. Якщо система створює складну суміш, її потім потрібно розділяти, а це збільшує енергетичні та технологічні витрати.
Дослідники використали copper phthalocyanine — молекулу з атомом міді в центрі великого органічного кільця. Фталоціаніни давно застосовують як барвники та пігменти, тому вихідний матеріал не належить до рідкісних або дорогих каталізаторів.
Каталізатор нанесли на газодифузійний електрод. Така конструкція подає CO₂ безпосередньо до реакційної поверхні й допомагає уникнути обмеження, пов’язаного з низькою розчинністю газу у воді.
У максимальному режимі система досягла густини струму 575 mA/cm². Фарадеївська ефективність метану досягала 79,5%, тобто майже чотири п’ятих електричного заряду в оптимальних умовах ішло саме на утворення CH₄, а не побічних продуктів.
Окремо команда перевіряла довготривалу стабільність. При густині струму 150 mA/cm² селективність до метану залишалася вище 60% приблизно протягом 80 годин. Це є важливою відмінністю від багатьох наночастинкових мідних каталізаторів, які з часом перебудовуються або починають давати ширшу суміш продуктів.
Щоб зрозуміти причину селективності, дослідники змоделювали енергетичні бар’єри різних реакційних шляхів. Розрахунки показали, що на фталоціаніні міді шлях до метану енергетично вигідніший за альтернативні маршрути до інших одновуглецевих продуктів.
Наступний етап має бути значно ближчим до практичного застосування. Команда планує перевірити електролізер на CO₂, захопленому з реальних промислових викидів, а також працювати з вуглекислим газом, отриманим методами direct air capture безпосередньо з атмосфери.
https://phys.org/news/2026-09-inexpensive-blue-pigment-enables-efficient.html
