Производство метанола из углекислого газа рассматривается как перспективный способ утилизации выбросов. В теории этот процесс наиболее эффективен при низких температурах, поскольку в этом случае требуется меньше энергии. Однако на практике возникает ключевая проблема — CO₂ трудно «активировать» в таких условиях, из-за чего эффективность катализаторов остается низкой.
Попытки ускорить реакцию за счет повышения температуры приводят к другой проблеме. При нагреве усиливается побочный процесс — обратная реакция водяного газа, в результате которой CO₂ превращается не в метанол, а в монооксид углерода. Это создает классическую дилемму — скорость реакции или ее селективность.
Исследователи предложили новый подход к проектированию катализатора, позволяющий обойти это ограничение. Команда из Даляньского института химической физики Китайском академии наук описала конструкцию, в которой активные центры разделены на поверхности материала. Это стало возможным благодаря эффекту сильного взаимодействия металла с подложкой (SMSI), который позволяет управлять тем, как реагенты взаимодействуют с катализатором.
Дополнительно ученые изменили форму поверхности катализатора и модифицировали механизмы присоединения и распада реагентов, а также сам ход химической реакции.
Процесс протекает так: углекислый газ (CO₂) активируется на поверхности диоксида циркония, где сначала происходит его гидрирование (насыщение водородом), и лишь затем разрывается прочная связь C=O. Благодаря этому снижается образование побочного угарного газа (CO), а сам процесс остается высокоэффективным. В результате удается получать больше целевого продукта — метанола (CH₃OH), который используется как топливо и химическое сырье.
В ходе экспериментов при температуре 300 °C и давлении 3 МПа новая система показала производительность 1,2 грамма метанола на грамм катализатора в час — в три раза выше, чем у традиционных промышленных катализаторов на основе меди, цинка и алюминия. Это открывает путь к более масштабируемому и эффективному синтезу полезного сырья из углекислого газа.
