Исследователи из Йельского университета и Университета Миссури выяснили, что катализаторы на основе марганца могут превосходить по эффективности существующие катализаторы, созданные из редких и дорогих благородных металлов.

Водородные топливные элементы вырабатывают электроэнергию, преобразуя водород, и не производят выбросов углерода. Формиат рассматривается как перспективный носитель водорода, так как из него можно высвобождать водород по мере необходимости.

Сейчас большая часть формиата производится из ископаемого топлива, что снижает его экологическую привлекательность. Более экологичным подходом было бы производство формиата непосредственно из углекислого газа, улавливаемого из атмосферы. Для этого используются химические катализаторы — вещества, ускоряющие реакции, не расходуясь при этом.

Ранее наиболее эффективными катализаторами для этого процесса были катализаторы на основе благородных металлов, таких как палладий или иридий. Эти металлы дороги, редки, а иногда и токсичны. Более распространённые металлы, такие как марганец, дешевле и безопаснее, но обычно они слишком быстро разрушаются во время реакций, чтобы быть полезными.

Учёные решили эту проблему, изменив молекулярную структуру вокруг атома марганца. Они добавили дополнительный «атом-донор» к лиганду — молекулярному каркасу, который связывается с металлом и контролирует его поведение. Это изменение значительно улучшило стабильность катализатора, позволяя ему работать гораздо дольше без разрушения.

В результате катализаторы на основе марганца смогли преобразовывать углекислый газ в формиат более эффективно, чем большинство альтернатив на основе благородных металлов. По словам авторов работы, это редкий пример того, как недорогой, распространённый в земной коре металл превосходит традиционные высококачественные катализаторы в сложной химической реакции.

Авторы полагают, что та же стратегия проектирования может быть применена и к другим химическим реакциям, важным для чистой энергетики и устойчивого производства. Это может сделать марганец ключевым элементом в широком спектре «зелёных» технологий, а более чистые энергетические решения станут не только более устойчивыми, но и более доступными.