Исследователи Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии нашли способ использования атмосферного углекислого газа для получения циклических карбонатов. Это органические соединения, которые применяют как электролиты литий-ионных батарей, «зеленые» растворители, а также при создании лекарств. Ученым удалось синтезировать карбонаты под действием света и при комнатной температуре, в то время как традиционные методы предполагают синтез при высоком давлении и температуре. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry A (IF:11,301; Q1). 

 
 
 
«Увеличение уровня углекислого газа в атмосфере — глобальная экологическая проблема. Для ее решения обычно концентрируются на мерах для снижения выбросов СО2. Альтернативным вариантом является использование углекислого газа, который уже есть в атмосфере, для полезных химических превращений. Так, мы впервые предложили метод, позволяющий под действием света получать широко востребованные циклические карбонаты. Чаще всего подобные реакции проводят под высокими температурами — от 60 до 150 °С — и повышенном давлении СО2 вплоть до 25 атмосфер. Это значит, что в технологической цепочке нужно дополнительное оборудование для сжатия углекислого газа и нагрева, то есть его нельзя просто взять из воздуха», — говорит один из авторов статьи, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова. 

 
В экспериментах ученые получали циклические карбонаты при взаимодействии углекислого газа и исходных веществ — эпоксидов. 

 
«Но сначала нам нужно было "поймать" СО2. Для этого мы использовали наночастицы золота с привитыми органическими молекулами азотистого основания. Они играли роль "ловушек" для молекул углекислого газа, при этом никак не реагируя с другими веществами. Эксперименты показали, что они эффективно захватывают СО2 прямо из воздуха. Суспензию из таких наночастиц и "захваченного" углекислого газа мы и смешивали с эпоксидами», — поясняет доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников. 

 
Эту смесь исследователи облучали инфракрасным светом. 

«Наночастицы золота обладают плазмонным эффектом. То есть под действием света рядом с ними возбуждаются квазичастицы плазмоны, они выступают спусковым крючком для реакции. Они трансформируют энергию света в энергию, необходимую для реализации химической реакции. И именно они за счет своих особенностей позволили провести реакцию при нормальных условиях. Кстати, сам по себе вопрос о механизмах плазмонной химии, как именно плазмоны запускают химические процессы, как это работает, — горячая научная тема. Этому направлению исследований посвящен ряд наших предыдущих статей. Контрольные эксперименты позволили нам предположить, что возбуждение плазмона на частицах ведет к передаче энергии на захваченную молекулу CO2 без участия нагрева», — говорит Ольга Гусельникова. ​

 
Как отмечают авторы статьи, по скорости процесс синтеза сопоставим с аналогичными методами, при этом не требует сложного специального оборудования. 

 
«Весь процесс занимает порядка 24 часов, обычные показатели для других методов варьируются в районе 12-24 часов. Сейчас мы начали с маленьких объемов и получили несколько миллилитров циклических карбонатов. Однако в статье мы уже продемонстрировали, что метод может быть масштабирован как минимум в пять раз, и сами наночастицы могут быть использованы повторно без потери активности. В то же время каталитические показатели нашей плазмонной системы одни из самых высоких из известных для данной реакции. Но самое важное — это как раз демонстрация возможности, что реакцию можно проводить прямо с использованием воздуха без дополнительной очистки или концентрирования СО2 при нормальных условиях под действием света. А это всегда в конечном итоге делает синтез более простым и экологичным», — добавляет Павел Постников. ​

 
Исследование проводилось совместно с учеными из Университета химии и технологии Праги и Университета Яна Пуркине (Чехия) при поддержке Российского научного фонда.

Источники

Ученые ТПУ предложили новый способ утилизации углекислого газа из атмосферы с помощью энергии плазмона
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 26/02/2021
Предложен новый способ утилизации углекислого газа из атмосферы с помощью энергии плазмона
Научная Россия (scientificrussia.ru), 26/02/2021
Ученые ТПУ предложили использовать углекислый газ для полезной химии
РИА Томск (riatomsk.ru), 26/02/2021
Ученые ТПУ предложили использовать углекислый газ для полезной химии
News-Life (news-life.pro), 26/02/2021
Предложен новый способ утилизации углекислого газа из атмосферы с помощью энергии плазмона
Национальная ассоциация нефтегазового сервиса (nangs.org), 26/02/2021
Ученые ТПУ предложили новый способ утилизации углекислого газа из атмосферы с помощью энергии плазмона
ИАА Cleandex.ru, 26/02/2021
Ученые ТПУ предложили использовать углекислый газ для полезной химии
Российский научный фонд (rscf.ru), 26/02/2021
Ученые ТПУ предложили использовать углекислый газ для полезной химии
Российский научный фонд (рнф.рф), 26/02/2021
В Томске ученые предложили новый способ утилизации углекислого газа из атмосферы
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 27/02/2021
Томские ученые разработали новые метод утилизации углекислого газа
Известия (iz.ru), 26/02/2021
Томские ученые предложили новый способ утилизации углекислого газа из атмосферы
ИА Байкал 24, 28/02/2021
Ученые Томского политеха нашли способ утилизации углекислого газа из атмосферы с помощью энергии плазмона
Energyland.info, 02/03/2021
Ученые Томского политеха нашли способ утилизации углекислого газа из атмосферы с помощью энергии плазмона
News-Life (news-life.pro), 02/03/2021
А у нас на небе газ: ученые придумали, как утилизировать CO2 из атмосферы
Babr24.com, 05/03/2021

Похожие новости

  • 13/02/2019

    Супергидрофильное покрытие для индивидуальных имплантатов предложили ученые ТПУ

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе со своими германскими коллегами из университета Дуйсбург-Эссен предложили использовать сферические наночастицы кальций-фосфата в качестве покрытия для имплантатов из сплава ВТ6.
    1437
  • 27/10/2020

    Новый сенсор в биоаналитике

    ​​Ученые Томского политехнического университета, Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) первыми предложили использовать двухмерный материал — тонкие пленки из теллурида молибдена — в качестве сенсорa в биоаналитике.
    513
  • 22/03/2021

    Водородные технологии и снижение углеродного следа обсудили ТПУ и «Газпром нефть»

    В Томском политехническом университете в течение двух дней работала делегация «Газпром нефти». Специалисты компании познакомились с разработками вуза в области водородных технологий и снижения выбросов углекислого газа.
    323
  • 04/03/2021

    Учёные добились резкого снижения выбросов токсичных веществ

    Ученые Уральского федерального и Томского политехнического университетов придумали, как снизить выбросы вредных веществ при сжигании отходов угольного производства. Физики предложили добавлять в него опил.
    290
  • 15/12/2020

    Международная команда физиков изучила радиационные свойства озона

    ​​Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    543
  • 10/12/2020

    Томские ученые модифицируют покрытия для имплантов с помощью ксенона

    ​​​Научная коллаборация Томского политехнического университета (ТПУ), Сибирского государственного медуниверситета (СибГМУ) и Балтийского федерального университета разработала технологию нанесения кальций-фосфатных покрытий на медицинские импланты в газовой среде; исследование показало, что использование ксенона делает покрытия более долговечными, сообщает 9 декабря пресс-служба ТПУ.
    534
  • 25/02/2021

    Учёные выяснили, как формируются опасные для человека аэрозоли

    Исследователи Томского государственного университета и Университета Хельсинки обнаружили новые пути формирования загрязняющих атмосферу аэрозолей, в которых участвуют природные углеводороды, выделяемые хвойными деревьями.
    590
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    493
  • 10/03/2021

    Изучение планктона цифровой голографической камерой поможет экологии

    Ученые лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ нашли способ определять загрязнения водоемов по планктону. Основной инструмент – цифровая голографическая камера.
    271
  • 29/12/2020

    Дмитрий Седнев: «Наша школа играет роль интегратора»

    ​Директор Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Дмитрий Седнев поделился результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказал о целях и задачах на будущий год.
    992