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TECNOLOGÍA. Un nuevo catalizador convierte eficientemente el dióxido de carbono en combustibles y químicos útiles



A medida que los niveles de dióxido de carbono atmosférico continúan aumentando, los científicos buscan nuevas formas de descomponer las moléculas de CO 2 para producir combustibles, productos químicos y otros productos útiles a base de carbono. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Brown ha encontrado una manera de ajustar un catalizador de cobre para producir hidrocarburos complejos, conocidos como productos C2-plus, a partir de CO 2 con una eficiencia notable.

En un estudio publicado en Nature Communications , los investigadores informan sobre un catalizador que puede producir compuestos C2-plus con hasta un 72% de eficiencia faradaica (una medida de la eficiencia con la que se usa la energía eléctrica para convertir el dióxido de carbono en productos de reacción química). Eso es mucho mejor que las eficiencias reportadas de otros catalizadores para las reacciones C2-plus, dicen los investigadores. Y el proceso de preparación se puede escalar a un nivel industrial con bastante facilidad, lo que le da al nuevo catalizador potencial para su uso en esfuerzos de reciclaje de CO a gran escala .


a El método utilizado para preparar catalizadores de Cu para CO 2 RR electroquímico : halogenación anódica en soluciones KX donde X = halógeno, formación de óxido en KHCO 3 básico y electrorreducción en KHCO 3 neutro por LSV. EP-Cu corresponde a láminas de Cu electropulidas, LSV corresponde a voltamperometría de barrido lineal. b Visualización bidimensional de átomos de Cu subcoordinados y rugosidad de la superficie con los resultados correspondientes cuando se utiliza para el CO 2 RR electroquímico Este esquema está simplificado, pero el Cu cúbico centrado en las caras tiene un número de coordinación de 12.

Ha habido grandes avances en los últimos años en el desarrollo de catalizadores de cobre que podrían producir moléculas de un solo carbono, como por ejemplo un catalizador de espuma de cobre que puede producir ácido fórmico de manera eficiente, un importante producto químico de un solo carbono. Pero el interés está aumentando en las reacciones que pueden producir productos C2-plus.


En última instancia, todo el mundo busca aumentar la cantidad de carbonos en el producto hasta el punto de producir combustibles y productos químicos con mayor contenido de carbono.

Investigaciones anteriores habían demostrado que la halogenación del cobre, una reacción que recubre una superficie de cobre con átomos de cloro, bromo o yodo en presencia de un potencial eléctrico, podría aumentar la selectividad de un catalizador de productos C2-plus. Los científicos experimentaron con una variedad de diferentes métodos de halogenación, reducción a cero en la que los elementos de halógeno y que potenciales eléctricos produjeron catalizadores con el mejor rendimiento en reacciones CO 2 - C2-plus. Descubrieron que las preparaciones óptimas podrían producir eficiencias faradaicas de entre 70,7% y 72,6%, mucho más elevado que cualquier otro catalizador de cobre.

La investigación ayuda a revelar los atributos que hacen que un catalizador de cobre sea bueno para los productos C2-plusLas preparaciones con las eficiencias más altas tenían una gran cantidad de defectos superficiales (pequeñas grietas y hendiduras en la superficie halogenada) que son fundamentales para las reacciones de acoplamiento carbono-carbono. Estos sitios de defectos parecen ser clave para la alta selectividad de los catalizadores hacia el etileno, un producto C2-plus que se puede polimerizar y usar para fabricar plásticos.


Al convertir de manera eficiente el CO2 en productos de hidrocarburos complejos, un nuevo catalizador podría ayudar potencialmente en los esfuerzos a gran escala para reciclar el exceso de dióxido de carbono.

En última instancia, dicho catalizador ayudará en el reciclaje a gran escala de CO 2 . La idea es capturar el CO 2 producido por instalaciones industriales como centrales eléctricas, fabricación de cemento o directamente del aire y convertirlo en otros compuestos de carbono útiles. Eso requiere un catalizador eficiente que sea fácil de producir y regenerar, y lo suficientemente económico para operar a escala industrial.

Fuente: Taehee Kim, G. Tayhas R. Palmore. Un método escalable para preparar electrocatalizadores de Cu que convierten CO2 en productos C2 . Nature Communications , 2020; 11 (1) DOI: 10.1038 / s41467-020-16998-9

Explorar más: Los investigadores hacen un avance en química verde con un nuevo catalizador para la reducción del dióxido de carbono


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