Ученые смогли превратить метиловый спирт в этиловый при участии Солнца

Превращать метиловый спирт в этиловый под воздействием солнечного ультрафиолета научились исследователи из университета Макгилла в канадском Монреале, 19 февраля сообщает научный портал Science.

Катализатором (соединение, ускоряющее химическую реакцию, но не участвующее в ней) для такого превращения послужил нитрид галлия (GaN) — один из классических полупроводниковых материалов. Поясним, что полупроводниками называют твердые вещества, проводимость которых резко меняется при повышении температуры и поглощении некоторых излучений.

Ученые установили, что превращение метилового спирта (метанола) в этиловый (этанол) на поверхности GaN идет через промежуточное образование метилена (CH₂). Эта простейшая частица из группы карбенов содержит не четырех-, а двухвалентный углерод, что делает ее короткоживущей и исключительно реакционноспособной.

Начинается же всё с поглощения ультрафиолетовых лучей Солнца, из-за чего поверхность материала приобретает избыточный отрицательный заряд. Чтобы оптимизировать поглощение, ученые разработали специальную нанопроволоку на основе GaN (1 нанометр (нм) = 10^-9 метра)

Молекула метанола (CH₃OH), адсорбированная на отрицательно заряженной поверхности GaN, легко теряет воду (H₂O). Высвободившийся метилен, в свою очередь, присоединяется к другой молекуле CH₃OH и «достраивает» ее до молекулы этилового спирта (C₂H₅OH).

Химик Чжунмин Лю — коллега монреальцев из Даляньского института химической физики в Китае — считает, что предложенный способ конверсии CH₃OH в C₂H₅OH «потенциально может изменить мир». В то же время сами руководители проекта осознают, что до промышленного внедрения разработанной ими технологии пока далеко.

В самом деле, чтобы сделать конверсию метанола экономически рентабельной, нужно проработать конструкцию нанопроволоки таким образом, чтобы она поглощала не ультрафиолет, а видимое излучение, которое преобладает в спектре солнечного света. Работа в этом направлении еще только предстоит канадским ученым.

Отметим, та же исследовательская группа из университета Макгилла уже в течение нескольких лет пытается оптимизировать наноразмерный нитрид галлия для катализа промышленно значимых процессов. Так, в 2014 году они смогли похожим образом превратить метан (CH₄) в бензол (C₆H₆) в присутствии GaN.

Отметим также, превращение метанола, который легко получить из древесины, в более труднодоступный этанол имеет важное прикладное значение в энергетике. Если метиловый спирт дает при сгорании в два раза меньше теплоты, чем бензин, то этиловый может сравниться с моторным топливом по этому показателю.

Читайте также: Биомасса нам поможет: получать искусственное горючее стало гораздо проще

Если ученым действительно удастся «перенастроить» полупроводниковую нанопроволоку на поглощение видимого излучения, то вполне вероятно, что это открытие действительно сможет перевернуть мировую энергетику. В самом деле, существующие промышленные технологии превращения метанола в этанол требуют жестких условий — в частности, высоких давлений и температур, — что делает их довольно «грязными» и малорентабельными.

Что же касается производства этанола из растительного сырья — например, из отходов сахарного тростника или кукурузных стеблей — то оно требует обширных сельскохозяйственных угодий, что опять-таки не слишком выгодно. Именно поэтому эта отрасль нуждается в прорывных технологиях, над одной из которых и работают канадские ученые.