Enche o formulario seguinte e enviarémosche por correo electrónico a versión en PDF de "Novas melloras tecnolóxicas para converter o dióxido de carbono en combustible líquido"
O dióxido de carbono (CO2) é o produto da queima de combustibles fósiles e o gas de efecto invernadoiro máis común, que se pode reconverter en combustibles útiles dun xeito sostible. Unha forma prometedora de converter as emisións de CO2 en materia prima de combustible é un proceso chamado redución electroquímica. Pero para que sexa comercialmente viable, o proceso debe mellorarse para seleccionar ou producir produtos ricos en carbono máis desexados. Agora, como se informa na revista Nature Energy, o Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) desenvolveu un novo método para mellorar a superficie do catalizador de cobre utilizado para a reacción auxiliar, aumentando así a selectividade do proceso.
«Aínda que sabemos que o cobre é o mellor catalizador para esta reacción, non proporciona unha alta selectividade para o produto desexado», dixo Alexis, científico sénior do Departamento de Ciencias Químicas do Berkeley Lab e profesor de enxeñaría química na Universidade de California, Berkeley. Spell dixo: «O noso equipo descubriu que se pode usar o ambiente local do catalizador para facer varios trucos para proporcionar este tipo de selectividade».
En estudos previos, os investigadores estableceron condicións precisas para proporcionar o mellor ambiente eléctrico e químico para crear produtos ricos en carbono con valor comercial. Mais estas condicións son contrarias ás que se producen de forma natural nas pilas de combustible típicas que empregan materiais condutores a base de auga.
Para determinar o deseño que se pode empregar no ambiente acuoso das pilas de combustible, como parte do proxecto do Centro de Innovación Enerxética da Liquid Sunshine Alliance do Ministerio de Enerxía, Bell e o seu equipo recorreron a unha fina capa de ionómero, que permite que certas moléculas cargadas (ións) o atravesen. Exclúen outros ións. Debido ás súas propiedades químicas altamente selectivas, son especialmente axeitados para ter un forte impacto no microambiente.
Chanyeon Kim, investigadora posdoutoral do grupo Bell e primeira autora do artigo, propuxo recubrir a superficie dos catalizadores de cobre con dous ionómeros comúns, Nafion e Sustainion. O equipo formulou a hipótese de que facelo debería cambiar o ambiente próximo ao catalizador, incluído o pH e a cantidade de auga e dióxido de carbono, dalgún xeito para dirixir a reacción e producir produtos ricos en carbono que se poidan converter facilmente en produtos químicos útiles e combustibles líquidos.
Os investigadores aplicaron unha capa fina de cada ionómero e unha dobre capa de dous ionómeros a unha película de cobre soportada por un material polimérico para formar unha película, que puideron inserir preto dun extremo dunha cela electroquímica con forma de man. Ao inxectar dióxido de carbono na batería e aplicar voltaxe, mediron a corrente total que fluía a través da batería. Despois mediron o gas e o líquido recollidos no depósito adxacente durante a reacción. Para o caso de dúas capas, descubriron que os produtos ricos en carbono representaban o 80 % da enerxía consumida pola reacción, máis do 60 % no caso sen revestimento.
«Este revestimento tipo sándwich ofrece o mellor de ambos os mundos: alta selectividade de produto e alta actividade», afirmou Bell. A superficie de dobre capa non só é boa para produtos ricos en carbono, senón que tamén xera unha forte corrente ao mesmo tempo, o que indica un aumento da actividade.
Os investigadores concluíron que a mellora da resposta era o resultado da alta concentración de CO2 acumulada no revestimento directamente sobre o cobre. Ademais, as moléculas cargadas negativamente que se acumulan na rexión entre os dous ionómeros producirán unha menor acidez local. Esta combinación compensa as desvantaxes de concentración que tenden a producirse en ausencia de películas de ionómeros.
Para mellorar aínda máis a eficiencia da reacción, os investigadores recorreron a unha tecnoloxía previamente probada que non require unha película de ionómero como outro método para aumentar o CO2 e o pH: a tensión pulsada. Ao aplicar tensión pulsada ao revestimento de ionómero de dobre capa, os investigadores lograron un aumento do 250 % nos produtos ricos en carbono en comparación co cobre sen revestimento e a tensión estática.
Aínda que algúns investigadores centran o seu traballo no desenvolvemento de novos catalizadores, o descubrimento do catalizador non ten en conta as condicións de funcionamento. Controlar o ambiente na superficie do catalizador é un método novo e diferente.
«Non ideamos un catalizador completamente novo, senón que empregamos os nosos coñecementos sobre a cinética das reaccións e estes coñecementos para guiarnos á hora de pensar en como cambiar o ambiente do sitio do catalizador», afirmou Adam Weber, enxeñeiro sénior, científico no campo da tecnoloxía enerxética dos Laboratorios Berkeley e coautor dos artigos.
O seguinte paso é ampliar a produción de catalizadores revestidos. Os experimentos preliminares do equipo do Berkeley Lab implicaron sistemas de modelos planos pequenos, que eran moito máis sinxelos que as estruturas porosas de gran área requiridas para aplicacións comerciais. «Non é difícil aplicar un revestimento sobre unha superficie plana. Pero os métodos comerciais poden implicar o revestimento de pequenas bólas de cobre», dixo Bell. Engadir unha segunda capa de revestimento convértese nun reto. Unha posibilidade é mesturar e depositar os dous revestimentos xuntos nun disolvente e esperar que se separen cando o disolvente se evapore. Que pasa se non o fan? Bell concluíu: «Só temos que ser máis intelixentes». Véxase Kim C, Bui JC, Luo X e outros. Microambiente de catalizador personalizado para a electrorredución de CO2 a produtos multicarbono usando un revestimento de ionómero de dobre capa sobre cobre. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Este artigo reprodúcese a partir do seguinte material. Nota: É posible que o material fose editado en canto á lonxitude e ao contido. Para obter máis información, póñase en contacto coa fonte citada.
Data de publicación: 22 de novembro de 2021
