La investigación ilumina el proceso para convertir el CO₂ en combustible sostenible

Este artículo ha sido revisado según Science X. proceso editorial
y políticas.
Editores han resaltado los siguientes atributos garantizando al mismo tiempo la credibilidad del contenido:

verificado

fuente confiable

corregir

¡De acuerdo! Reactor donde se prueba el catalizador para convertir CO2 en metanol. Crédito: Universidad de Nottingham

× cerrar

Reactor donde se prueba el catalizador para convertir CO2 en metanol. Crédito: Universidad de Nottingham

Los investigadores han transformado con éxito el CO2 en metanol al hacer brillar la luz solar sobre átomos individuales de cobre depositados en un material activado por la luz, un descubrimiento que allana el camino para la creación de nuevos combustibles ecológicos.

Un equipo internacional de investigadores de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, la Universidad de Birmingham, la Universidad de Queensland y la Universidad de Ulm han diseñado un material compuesto de cobre anclado sobre nitruro de carbono nanocristalino.

Los átomos de cobre están anidados dentro de la estructura nanocristalina, lo que permite que los electrones pasen del nitruro de carbono al CO2, un paso esencial en la producción de metanol a partir de CO2 bajo la influencia de la irradiación solar. La investigación ha sido publicado en la revista Sustainable Energy & Fuels.

En la fotocatálisis, se proyecta luz sobre un material semiconductor que excita los electrones, permitiéndoles viajar a través del material para reaccionar con el CO2 y el agua, lo que genera una variedad de productos útiles, incluido el metanol, que es un combustible ecológico. A pesar de los recientes avances, este proceso adolece de falta de eficiencia y selectividad.

El dióxido de carbono es el mayor contribuyente al calentamiento global. Aunque es posible convertir el CO2 en productos útiles, los métodos térmicos tradicionales dependen del hidrógeno procedente de combustibles fósiles. Es importante desarrollar métodos alternativos basados ​​en foto y electrocatálisis, aprovechando la energía solar sostenible y la abundancia de agua omnipresente.

El Dr. Madasamy Thangamuthu, investigador de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, quien codirigió el equipo de investigación, dijo: “Existe una gran variedad de materiales diferentes utilizados en la fotocatálisis. Es importante que el fotocatalizador absorba la luz y “Separa portadores de carga con alta eficiencia. En nuestro enfoque, controlamos el material a nanoescala. Desarrollamos una nueva forma de nitruro de carbono con dominios cristalinos a nanoescala que permiten una interacción eficiente con la luz, así como una separación de carga suficiente”.

El proceso de conversión de CO2 en metanol (combustible) mediante la luz. Crédito: Universidad de Nottingham

Los investigadores idearon un proceso para calentar nitruro de carbono hasta el grado de cristalinidad requerido, maximizando las propiedades funcionales de este material para la fotocatálisis. Utilizando pulverización catódica con magnetrón, depositaron cobre atómico en un proceso sin disolventes, permitiendo un contacto íntimo entre el semiconductor y los átomos metálicos.

Tara LeMercier, Ph.D. Un estudiante que llevó a cabo el trabajo experimental en la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, dijo: “Medimos la corriente generada por la luz y la utilizamos como criterio para juzgar la calidad del catalizador. Incluso sin cobre, la nueva forma de nitruro de carbono Es 44 veces más activo que el nitruro de carbono tradicional.”

“Sin embargo, para nuestra sorpresa, la adición de sólo 1 mg de cobre por 1 g de nitruro de carbono cuadruplicó esta eficiencia. Lo más importante es que la selectividad cambió del metano, otro gas de efecto invernadero, al metanol, un valioso combustible verde”.

El profesor Andrei Khlobystov, Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, dijo: “La valorización del dióxido de carbono es la clave para lograr la ambición neta cero del Reino Unido. Es de vital importancia garantizar la sostenibilidad de nuestros materiales catalizadores para esta importante reacción”. La gran ventaja del nuevo catalizador es que está formado por elementos sostenibles (carbono, nitrógeno y cobre), todos ellos muy abundantes en nuestro planeta”.

Esta invención representa un paso importante hacia una comprensión profunda de los materiales fotocatalíticos en la conversión de CO2. Abre un camino para la creación de catalizadores altamente selectivos y sintonizables donde el producto deseado podría obtenerse controlando el catalizador a nanoescala.

Más información:
Tara M LeMercier et al, La sinergia del nitruro de carbono nanocristalino con un catalizador de un solo átomo de Cu conduce a una reducción fotocatalítica selectiva de CO2 a metanol, energía y combustibles sostenibles (2024). DOI: 10.1039/D4SE00028E

2024-03-26 00:10:10
1711417264
#investigación #ilumina #proceso #para #convertir #CO₂ #combustible #sostenible