Нанотрубки оказались отличными катализаторами: с их помощью удалось синтезировать топливо из воды и углекислого газа почти так же, как у растений, с помощью солнечного света.
Солнечная нанофабрика: Топливо из воды
С помощью нанотрубок водяной пар и углекислый газ под действием солнечных лучей образуют метан

Для начала Крэг Граймс (Craig Grimes) и его группа получили нанотрубки из диоксида титана — полые цилиндры 135 нм в диаметре и около 0,1 мм в длину — которые служили катализаторами в интересующей их реакции. Этот подход коллеги Граймса уже апробировали раньше, однако на этот раз удалось создать такие условия протекания процесса, что скорость синтеза органических соединений увеличилась в 20 раз в сравнении со стандартной методикой.

Но для этого нанотрубки пришлось предварительно обработать азотом и присоединить к их внешним поверхностям крохотные наночастицы меди и платины. Действительно, титан и сам по себе может служить отличным катализатором превращения воды и углекислого газа в простые органические соединения. Однако для этого ему требуется облучение ультрафиолетом. И те «добавки», которые сделали ученые, позволяют заменить ультрафиолетовое излучение видимым светом. Кроме того, медь и платина дополнительно ускоряют самые последние стадии реакции. Само превращение происходит на внутренних поверхностях титановых нанотрубок: их стенки имеют только 20 нм, и поверхность имеет высокую площадь.

Итак, ученые заполнили стальную цилиндрическую емкость смесью водяного пара и углекислого газа. Один торец емкости был запечатан пленкой из полученных ими модифицированных титановых нанотрубок, а второй покрыт прозрачным кварцевым окошком. Такие емкости затем выносились на улицу в погожий солнечный денек, и подставлялись лучам.

Когда свет, проникая сквозь слой кварца, падает на нанотрубки, они выделяют ионы, которые быстро расщепляют молекулы воды на два высоко активных иона — гидроксил и водород. Пары ионов водорода довольно быстро соединяются, образуя молекулярный газ. Последующие шаги реакции не до конца установлены; ученые считают, что скорее всего разлагается и углекислый газ, с образованием аниона кислорода и моноксида углерода, который и реагирует с водородом, образуя метан и воду.

По оценке авторов, их простейшее «устройство» позволило получить около 160 мкл углеводородов в час на каждый грамм титановых нанотрубок — эта величина в 20 раз больше того, что удавалось синтезировать с помощью не модифицированных титановых катализаторов в ультрафиолетовом свете. Для промышленных целей, впрочем, и эта величина еще недостаточна, но Грайм с коллегами полны надежд еще более оптимизировать работу своих «нанокатализаторов».

Прежде всего, они надеются добиться этого, более равномерно распределив наночастицы меди по поверхности титановых трубок. И в итоге, — считают ученые — технологию удастся довести до практического использования. А значит, можно будет получать энергоносители с помощью безопасной для окружающей среды методики, попутно уничтожая вредные выбросы углекислого газа. В этом направлении нанотехнологии обещают целую революцию. Читайте: «Соевый заменитель», «Грибная броня».

По публикации Nature News