Создан материал, эффективно поглощающий атмосферный CO2 и превращающий его в полезные органические соединения - «Наука и технологии»

Японские ученые нашли новый способ, который поможет бороться со все увеличивающейся концентрацией углекислого газа в земной атмосфере. Ключом этого способа является специальный пористый полимерный материал (porous coordination polymer, PCP), наполненный ионами цинка, который эффективно поглощает CO2 из атмосферы и, не расходуя большого количества энергии, трансформирует его в полезные органические соединения. Более того, элементы из такого материала могут быть включены в повседневную одежду, в упаковочные материалы и т.п., превращая это все в средства борьбы с климатическими изменениями.

Наличие ионов цинка в полимере PCP позволяет этому материалу поглощать атмосферный углекислый газ в 10 раз более эффективно, нежели это могут делать другие подобные материалы. Более того, PCP-полимер поддается процедуре регенерации, опытные его образцы выдерживали без потери эффективности около 10 восстановительных циклов.

Отметим, что задача поглощения углекислого газа из атмосферы достаточно непроста из-за низкой химической активности этого соединения. В данном случае решением этой задачи стали PCP-полимеры, известные еще под названием металлическо-органических структурированных материалов (metal-organic framework, MOF). А тот тип материала, который используется для поглощения углекислого газа, имеет органический компонент, напоминающий по структуре пропеллер с тремя лопастями.

Структурный анализ, проведенный при помощи рентгеновских лучей, показал, что при приближении молекул CO2 к органическим частям PCP-полимера, "пропеллер" поворачивается и вся структура перестраивается, создавая надежную ловушку для молекулы. При этом, структура полимера выбрана такой, что он изначально "настроен" на молекулы углекислого газа, он практически не реагирует и не захватывает молекулы других соединений и газов. А после того, как PCP-полимер полностью заполняется молекулами CO2, он легко перерабатывается в полиуретан, широко используемый при производстве одежды, упаковки, предметов домашнего обихода и т.п.

Отметим, что PCP-полимер является далеко не единственным вариантом для преобразования атмосферного углекислого газа во что-нибудь другое. В начале этого года исследователи из университета RMIT, Австралия, разработали способ прямого превращения CO2 в уголь при помощи химической реакции с участием металлический церия. Исследователи из университета Райс, США, разработали устройство, превращающее CO2 в муравьиную кислоту, из которой потом можно производить жидкое биотопливо. И ключевым компонентом этого устройства был катализатор на основе металлического висмута.

В PCP-полимере, в отличие от приведенных выше примеров, используется цинк, более дешевый и более распространенный металл. "Это один из самых дешевых и "зеленых" способов захвата углекислого газа на сегодняшний день" - рассказывает Сузуму Китагава (Susumu Kitagawa), химик из университета Киото, - "И, кроме этого, он позволяет преобразовать газ в циклические карбонаты, которые являются сырьем для фармацевтической и нефтехимической промышленности".