Esquema que representa la producción de gas de síntesis a partir de dióxido de carbono y agua. Los catalizadores de oro puro producen mezclas de gas de síntesis que son ricas en monóxido de carbono, mientras que los catalizadores de oro enriquecidos con cobre producen mezclas de gas de síntesis que son más ricas en hidrógeno. Crédito:Michael Ross / Berkeley Lab
Los científicos han desarrollado una nueva receta para crear mezclas de gases de síntesis, o gas de síntesis, eso implica agregar una pizca de átomos de cobre esparcidos sobre una superficie de oro. El nuevo material admite una reacción electroquímica a temperatura ambiente que puede convertir el dióxido de carbono y el agua en gas de síntesis. una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, y un precursor importante en la producción de químicos y combustibles sintéticos.
Los investigadores dicen que el gas de síntesis se puede convertir aguas abajo en moléculas pequeñas, como el etanol, o hidrocarburos más grandes, como los de la gasolina, por fermentación o termoquímica. Diseñar un material y un proceso que pueda controlar fácilmente la composición del gas de síntesis sería una mejora importante para reducir los impactos ambientales de esos procesos industriales.
Describen su diseño en un artículo publicado recientemente en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense . El estudio fue dirigido por Peidong Yang, científico principal de la facultad en la División de Ciencias de los Materiales del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Laboratorio de Berkeley) del Departamento de Energía, y Edward Sargent, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Toronto.
"No conocemos ningún otro electrocatalizador que combine altas tasas de producción con un control de composición de gas de síntesis tan amplio, "dijo Yang, quien también es profesor de química en la Universidad de California, Berkeley. "Muchos procesos que utilizan gas de síntesis requieren diferentes composiciones de gas, así que queríamos crear una familia de electrocatalizadores que se pudieran sintonizar fácilmente ".
Se muestra una imagen de microscopio electrónico de barrido de catalizadores de gas de síntesis nanoestructurados. Crédito:Michael Ross / Berkeley Lab
Los investigadores descubrieron que podían controlar la cantidad de monóxido de carbono e hidrógeno generados por el electrocatalizador ajustando la cantidad de átomos de cobre en capas sobre una superficie de oro nanoestructurada.
"El cobre cambia la fuerza con la que el CO2 se une a la superficie, "dijo el autor principal del estudio, Michael Ross, investigador postdoctoral en el laboratorio de Yang. "Una superficie nanoestructurada que es principalmente oro produce principalmente monóxido de carbono. Para producir una mezcla que sea más rica en hidrógeno, agregamos más cobre ".
Los investigadores utilizaron técnicas de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X en la fundición molecular de Berkeley Lab para cuantificar la cantidad de cobre en el electrocatalizador de oro necesaria para crear diferentes mezclas de gas de síntesis. Por ejemplo, una capa de cobre de 1 átomo de espesor que cubre la superficie del oro puede producir una mezcla de 2 a 1 de hidrógeno a monóxido de carbono. Cuando el oro se deja sin adulterar, la mezcla de hidrógeno a monóxido de carbono es de 1 a 10, demostrando una amplia flexibilidad en la producción de gas de síntesis.
"Si estos electrocatalizadores pudieran ampliarse para funcionar en reactores industriales, Podríamos fabricar gas de síntesis utilizando electricidad y CO2 generados de forma renovable, ", dijo Ross." El gas de síntesis se está convirtiendo actualmente en metanol, combustible diesel, y otros productos químicos útiles en todo el mundo. Esto podría hacer que la producción de estos productos químicos sea mucho más sostenible ".
