Исследователи Томского политехнического университета совместно с чешскими коллегами нашли способ использования атмосферного углекислого газа для получения циклических карбонатов. 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 Journal of Materials Chemistry A.
Для решения проблемы увеличения уровня углекислого газа в атмосфере обычно концентрируются на снижении выбросов СО2. Альтернативный вариант — использование углекислого газа, который уже есть в атмосфере, для полезных химических превращений. Команда ученых впервые предложила метод, позволяющий под действием света получать широко востребованные циклические карбонаты. Исследователи получали эти вещества при взаимодействии углекислого газа и эпоксидов. Скорость процесса синтеза сопоставим с аналогичными методами, при этом не требует сложного специального оборудования. Так как классически подобные реакции проводят при высоких температурах и повышенном давлении.
Для захвата СО2 ученые использовали наночастицы золота с привитыми органическими молекулами азотистого основания, которые играли роль «ловушек» для молекул углекислого газа и не реагировали с другими веществами. Суспензию из наночастиц и «захваченного» углекислого газа ученые смешивали с эпоксидами и 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, о том, 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 соавтор исследования Ольга Гусельникова.
Суммарно процесс занимает около 24 часов. Ученые начали с маленьких объемов и получили несколько миллилитров циклических карбонатов. Однако метод может быть масштабирован как минимум в пять раз, а сами наночастицы могут использоваться повторно без потери активности. Кроме того, каталитические показатели плазмонной системы — одни из самых высоких среди известных для данной реакции.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
