Углеродные нанотрубки и альтернативное топливо – два направления, которые могут серьёзно повлиять на развитие промышленности и энергетики. Но у них есть общая проблема: существующие методы либо слишком дорогие, либо недостаточно эффективные. Российские учёные предлагают свежие решения.
Пластичность и совместимость
Углеродные нанотрубки – очень перспективный материал: они прочные, хорошо проводят тепло и безопасны для организма. Поэтому их используют в электронике, медицине и производстве композитных материалов. Но пока применять их массово не получается: существующие способы производства слишком сложные и дорогие.
Учёные ЧГУ придумали более простой способ получать углеродные нанотрубки – вместо дорогих катализаторов они использовали пароводяную плазменную горелку. В ней с помощью электрической дуги нагревали водно-спиртовой раствор, пока он не превращался в ионизированные пары. Потом пары спирта попадали в дуговой разряд: из-за высокой температуры спирт распадался на атомы углерода, а те собирались в наноструктуры. В опытах пробовали три вида сырья: этанол, пропанол и бензол. В зависимости от использованного спирта менялись диаметры и структура нанотрубок, а также количество слоёв графеновых хлопьев.
Новый способ проще и дешевле: не нужно заранее готовить катализатор и много раз очищать продукт – катализатор появляется прямо во время синтеза. Ещё плюс в том, что производство можно вести без остановок, а старые методы требуют прерываться, например, чтобы поменять электроды или собрать готовый продукт.
В будущем эту технологию можно будет использовать для создания композитных материалов, катализаторов, электродов для суперконденсаторов и даже для доставки лекарств в нужные участки организма.
С оглядкой на фотосинтез
Тем временем учёные Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники» (НИУ МИЭТ) предложили производить альтернативное топливо – метиловый спирт – из углекислого газа при воздействии света и электричества. Из-за роста выбросов углекислого газа (CO?) в атмосферу «лёгкие» Земли не справляются с его переработкой в кислород, что приводит к перегреву поверхности планеты и другим неблагоприятным последствиям для природы, рассказали в НИУ МИЭТ.
– Для превращения углекислого газа в другое вещество необходимы процессы, сходные с фотосинтезом у растений, – объяснил один из авторов разработки младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Фотонная сенсорика и плазмонные материалы» НИУ МИЭТ Андрей Тарасов. – Такие процессы требуют специальных материалов – фотокатализаторов, которые преобразуют световую энергию в химическую, необходимую для разрыва одних связей и образования других. Чтобы реакции были максимально эффективны, нужны подобранные свет, тепло, концентрация воды и CO? в воздухе.
Учёные университета предложили новый подход к переработке углекислого газа с использованием нанонитей диоксида титана и наночастиц серебра.
– Мы взяли классический материал для ускорения фотокаталитических реакций (диоксид титана), но в виде нанонитей, и «декорировали» его наночастицами серебра, – поясняет Тарасов. – Эти частицы работают как пересадочные станции для электронов, обмен которыми между молекулами H?O и CO? приводит к синтезу органических соединений. Мы провели лабораторные испытания нового способа переработки углекислого газа в водяных парах. «Декорирование» нанонитей диоксида титана наночастицами серебра позволяет увеличить выход продукта в три раза, а при дополнительном воздействии электрического поля эффективность выработки метанола увеличивается в пять раз.
В будущем учёные планируют собрать реактор, который позволит превращать водяной пар с углекислым газом в полезный продукт с использованием одной энергии Солнца, которая создаёт и свет, и нагрев, и электричество.
Василий АКУЛОВ.
