Сжигание ископаемого топлива, такого как уголь и нефть, производит энергию для электричества, тепла и мобильности, но это также приводит к увеличению количества углекислого газа в атмосфере и, следовательно, к глобальному потеплению. Прерывание этой причинно-следственной цепи – вот что побуждает ученых искать альтернативные источники энергии, а также альтернативные способы использования углекислого газа.
Одна из возможностей заключается в том, чтобы рассматривать диоксид углерода как недорогое сырье для синтеза ценных материалов, возвращая его в цикл повторного использования – возможно, даже с выгодой.
Пример можно найти в природе.
Во время фотосинтеза в листьях растений сочетание света, воды и углекислого газа создает биомассу, замыкая круговорот природных материалов. В этом процессе фермент на основе металлов RuBisCo поглощает углекислый газ из воздуха и делает его пригодным для дальнейших химических реакций в растении.
Вдохновленные этим естественным превращением на основе ферментов металлов, исследователи из KIT теперь представляют процесс, в котором двуокись углерода парникового газа вместе с газообразным водородом превращается непосредственно в графен при температуре до 1000 градусов Цельсия с помощью специально подготовленных каталитических активные металлические поверхности.
Графен – это двумерная форма химического элемента углерода, который обладает интересными электрическими свойствами и, следовательно, может использоваться в новых электронных компонентах будущего. Его открытие и применимость в 2004 году привели к интенсивным исследованиям во всем мире и принесли первооткрывателям Андре Гейму и Константину Новоселову Нобелевскую премию по физике в 2010 году.
Эти двое вручную удалили графен из блока графита с помощью ленты.
Несколько рабочих групп в KIT объединились, чтобы представить в журнале ChemSusChem метод отделения графена от диоксида углерода и водорода с помощью металлического катализатора. «Если металлическая поверхность демонстрирует правильное соотношение меди и палладия, преобразование диоксида углерода в графен будет происходить непосредственно в простой одноэтапный процесс», – объясняет руководитель исследования профессор Марио Рубен из Molekulare Materialien. группа в Институте нанотехнологий (INT) и Институте неорганической химии (AOC) в KIT.
В дальнейших экспериментах исследователям даже удалось получить графен толщиной в несколько слоев, который может быть интересен для возможных применений в батареях, электронных компонентах или фильтрующих материалах. Следующая исследовательская цель рабочей группы – формирование функционирующих электронных компонентов из полученного таким образом графена.
Углеродные материалы, такие как графен и магнитные молекулы, могут стать строительными блоками для будущих квантовых компьютеров, которые обеспечивают сверхбыстрые и энергоэффективные вычисления, но не основаны на бинарной логике современных компьютеров.