Cu2O (derecha) que sufre fotocorrosión en comparación con Cu2O / TiO2 (izquierda) que opera bajo un esquema Z para reducir el CO2. Crédito:Ruixin Zhou
Un equipo de químicos de la Universidad de Kentucky y del Instituto de Investigaciones Físicas de Mar del Plata en Argentina acaba de informar sobre una forma de desencadenar un paso fundamental en el mecanismo de la fotosíntesis, proporcionando un proceso con gran potencial para el desarrollo de nuevas tecnologías para reducir los niveles de dióxido de carbono.
Liderado por Marcelo Guzman, profesor asociado de química> en la Facultad de Artes y Ciencias del Reino Unido, y Ruixin Zhou, un estudiante de doctorado que trabaja con Guzman, los investigadores utilizaron un nanomaterial sintético que combina el poder altamente reductor del óxido cuproso (Cu 2 O) con una capa de dióxido de titanio oxidante (TiO 2 ) que evita la pérdida de ion cobre (I) en el catalizador. El catalizador hecho de Cu 2 O / TiO 2 tiene la capacidad única de transferir electrones para reducir el dióxido de carbono (CO 2 ) mientras se rompe simultáneamente la molécula de agua (H 2 O). La característica única de este catalizador para la transferencia de electrones imita el mecanismo llamado "esquema Z" de la fotosíntesis.
Publicado en Catálisis aplicada B:ambiental , los investigadores demostraron que si el catalizador se expone a la luz solar, los electrones se transfieren a CO 2 en un proceso que se asemeja a la forma en que los fotosistemas 1 y 2 operan en la naturaleza.
"Desarrollar los materiales que se pueden combinar para reducir el CO 2 a través de un mecanismo de esquema Z directo con luz solar es un problema importante, "dijo Zhou." Sin embargo, es aún más difícil demostrar que el proceso realmente funciona. Desde este punto de vista científico, la investigación está contribuyendo al avance de la tecnología de características para el secuestro de carbono ".
Esta es una tarea que muchos científicos han estado realizando durante mucho tiempo, pero el desafío es demostrar que ambos componentes del catalizador interactúan para habilitar las propiedades electrónicas de un mecanismo de esquema Z. Aunque se puede utilizar una variedad de materiales, el aspecto clave de esta investigación es que el catalizador no está hecho de elementos escasos y muy costosos como el renio y el iridio para impulsar las reacciones con la energía de la luz solar que llega a la superficie de la Tierra. El catalizador empleó TiO resistente a la corrosión. 2 para aplicar una capa protectora blanca a las partículas octaédricas de Cu rojo 2 O.
El equipo diseñó una serie de experimentos para probar la hipótesis de que el catalizador opera a través de un esquema Z en lugar de usar un mecanismo de transferencia de doble carga. La producción medida de monóxido de carbono (CO) a partir de CO 2 reducción, la identificación del radical hidroxilo (HO • ) intermedio de H 2 O oxidación en ruta para formar oxígeno (O 2 ), y las propiedades electrónicas y ópticas caracterizadas del catalizador y los componentes individuales verificaron que el esquema Z propuesto estaba operativo.
El siguiente objetivo de la investigación es mejorar el enfoque mediante la exploración de una serie de catalizadores diferentes e identificar el más eficiente para transformar el CO 2 en combustibles químicos como el metano. De esta manera, Se creará nueva tecnología para suministrar fuentes de energía alternativas limpias y asequibles y para abordar el problema del consumo continuo de combustibles fósiles y el aumento de los niveles de gases de efecto invernadero.
Esta investigación fue apoyada en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., Reino Unido y dos agencias argentinas (CONICET y ANPCyT).
