Химики смогли в реальном времени проследить, как углекислый газ превращается в твёрдый углерод при электролизе расплавленных солей. В ходе процесса CO2 извлекается из воздуха, а связи между атомами углерода и кислорода перестраиваются. В результате углерод осаждается в твёрдой форме, в том числе в виде графита.
Реакция проходит при температуре около 500 градусов Цельсия, и ранее учёные не могли детально наблюдать происходящее на молекулярном уровне. Группа под руководством химического физика Сандера Ратсо из Калифорнийского университета в Беркли применила метод, который позволил одновременно следить за изменением вещества и колебаниями химических связей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Для наблюдений исследователи использовали рамановскую спектроскопию. Она показала, что превращение CO2 в углерод проходит в 2 этапа. Во время осаждения углерода специалисты зафиксировали признаки перекиси, которая, по их данным, выступает промежуточным звеном реакции.
Форма получаемого углерода зависела от материала катода. На чистом никеле образовывались нанотрубки и пластинчатые структуры, а на сплаве Inconel 600 преобладали пластины. При использовании золотого и вольфрамового электродов исследователи получили преимущественно аморфный углерод, а в случае вольфрама также так называемые углеродные нано-луковицы.
Авторы считают, что новые наблюдения помогут точнее настраивать электролиз под выпуск нужных углеродных материалов. Такие материалы применяются в аккумуляторах, смартфонах и промышленном оборудовании. По данным исследователей, отдельные компании уже используют подобную технологию в промышленных масштабах и выпускают от килограммов до тонн углеродной продукции.
Существующие способы производства углеродных материалов для аккумуляторов и топливных элементов сопровождаются значительными выбросами CO2. Получение графита непосредственно из углекислого газа может одновременно дать сырьё и сократить количество этого газа в атмосфере. Учёные отмечают, что при использовании ветровой, солнечной или атомной энергии электролиз расплавленных солей потенциально способен обеспечить отрицательный углеродный след.
