波恩大学和蒙特利尔大学的研究人员已经开发出一种新型催化剂，并在他们的研究中使用它，以一种高效的方式利用电力从二氧化碳和水中产生甲烷。例如，甲烷可以用来给公寓供暖，或者作为化学工业的原料。它也是天然气的主要成分。
然而，如果它是使用绿色电力生产的，它在很大程度上是气候中性的。研究人员从模型系统中获得的见解可以转移到大规模的技术催化剂上。该系统还可用于生产其他重要的化合物。这项研究发表在《自然化学》杂志上。
许多化学反应需要能量才能开始，这种能量可以通过加热反应伙伴或使其处于高压下来增加。“我们使用电力作为动力，”Nikolay Kornienko博士解释说。“例如，通过使用气候友好型电力，我们可以生产不会导致全球变暖的甲烷。”
这位研究人员最近从蒙特利尔大学转到波恩大学无机化学研究所。他在加拿大开始了他最新的研究，并在他的新家结束了研究。“甲烷(化学式为ch4)的生产具有挑战性，因为它必须在气体和液体之间进行反应，”科尔尼扬科说。
在这种情况下，我们谈论的是二氧化碳(CO2)和水(H2O)。研究人员使用气体扩散电极将这两个伙伴聚集在一起。在反应中，有必要把两个氧原子从碳原子中分离出来，用四个氢原子代替它们。氢气来源于水中。
这个过程的问题是，水更愿意经历另一个反应，一旦暴露在电流中，就会分裂成氢和氧。“这是一种我们必须避免的竞争性反应，”科尔尼延科的助手摩根·麦基强调说，他进行了大部分实验。
“否则，它会阻止我们产生任何甲烷。因此，我们必须防止水与电极接触。同时，我们仍然需要水作为反应伙伴。”
这就是新开发的催化剂——它被沉积在电极上——发挥作用的地方。最重要的是，它确保二氧化碳更容易、更迅速地反应生成甲烷。它通过其所谓的“活性中心”来实现这一点，这个活性中心可以容纳二氧化碳，简单来说，也可以削弱碳原子和两个氧原子之间的键。
在接下来的步骤中，这些氧原子逐渐被四个氢原子所取代。在这个过程的这个阶段，催化剂需要水。然而，它也必须保持一段距离，以避免任何不良的副反应。“为了实现这一目标，我们将长分子侧链结合到活性中心，”Kornienko教授解释说，他也是波恩大学跨学科研究领域“物质”的成员。“它们的化学结构排斥水，换句话说，它们是疏水的。”
侧链不仅使水分子远离活性中心和电极，而且还起着某种传送带的作用。
打个比方，它们从水分子中夺取氢原子，并将它们运送到活性中心，在那里它们与碳原子发生反应。通过这种方式，CO2分几个步骤转化为CH4。
这个过程的效率超过80%，反应几乎不产生任何不希望的副产品。然而，该催化剂并不真正适合大规模生产甲烷。Kornienko说:“然而，我们用这种催化剂实现的反应原理可以在其他催化剂材料中实现，用于大规模技术应用。”
研究人员认为，甲烷生产并不是这种方法的唯一应用领域。在他看来，在乙烯等其他化合物的生产中，它可能会更有利可图。乙烯是许多塑料的原料。
从中期来看，新的催化剂方法可以在可能的情况下使用，使塑料生产更加环保。
