Американские исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Национальной ускорительной лаборатории SLAC раскрыли основные механизмы, которые ограничивают эффективность медных катализаторов, являющихся важными элементами систем искусственного фотосинтеза. Результаты работы были опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society (JACS).
Используя современные методы рентгенографии, команда впервые смогла наблюдать изменения, происходящие с наночастицами меди в процессе электрохимического восстановления углекислого газа (CO2). С помощью малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS) исследователи выявили два конкурирующих механизма деградации: миграцию и коалесценцию частиц (объединение мелких частиц в более крупные кластеры), а также созревание Оствальда, которое включает растворение мелких частиц и их осаждение на больших фрагментах.
«Наши наблюдения показали, что в первые 12 минут преобладает процесс миграции, а затем начинает активироваться созревание Оствальда», — комментирует соавтор исследования Уолтер Дрисделл.
Эти находки открывают новые горизонты для разработки более устойчивых каталитических систем. Ученые уже намерены испытать различные защитные покрытия и методы легирования, которые могут значительно продлить срок службы катализаторов, используемых для преобразования углекислого газа в жидкое топливо. Ранее им удалось впервые искусственно воспроизвести процесс фотосинтеза, происходящий в растениях.