La Figura muestra que la selectividad de los catalizadores de Cu (en la producción de compuestos específicos basados en carbono) está determinada por el voltaje aplicado. Cu-10, CuO-1, CuO-10 y CuO-60 representan cobre metálico y óxidos de cobre con diferente morfología y rugosidad superficial. Crédito:Universidad Nacional de Singapur
Los químicos de NUS han descubierto factores clave que determinan la selectividad de los catalizadores de cobre (Cu) para transformar el dióxido de carbono (CO2) y el agua en productos químicos y combustibles útiles.
La reducción electroquímica de CO2 mediante electricidad renovable es una tecnología prometedora para controlar las emisiones de CO2 y producir productos químicos de alto valor añadido. Al suministrar electrones a un catalizador de Cu, Las moléculas de dióxido de carbono y agua que están unidas a su superficie se pueden transformar en moléculas útiles como metano y etileno. Esto es similar al proceso de fotosíntesis en el que las plantas convierten el CO2 y el agua en azúcar.
Aumentar la selectividad de la reducción de CO2 hacia productos específicos es uno de los desafíos clave que deben superarse para que el proceso sea más viable industrialmente. El trabajo de investigación anterior para diseñar catalizadores de cobre selectivos se ha centrado ampliamente en la nanoestructuración y la ingeniería de defectos de sus superficies. En este trabajo, el equipo de investigación dirigido por el profesor YEO Boon Siang, Jason del Departamento de Química, NUS ha descubierto que el potencial aplicado (voltaje eléctrico) y la magnitud de la corriente, que se han pasado por alto en gran medida, son factores clave que determinan la selectividad de los catalizadores de Cu en las reacciones de electrorreducción de CO2. La corriente producida a un voltaje eléctrico particular también depende en gran medida de la rugosidad de los catalizadores de Cu. Al ajustar el voltaje aplicado y la rugosidad de la superficie de un catalizador de Cu, Se puede producir CO2 y agua para favorecer la producción de un compuesto específico a base de carbono durante el proceso de reducción electroquímica.
Los hallazgos del equipo pueden permitir el desarrollo de catalizadores más selectivos para transformar el CO2 en productos químicos y combustibles útiles. Por ejemplo, ajustando el factor de rugosidad de la superficie de una muestra de Cu para que sea 1.4 y el voltaje aplicado para ser -1.2 V versus el electrodo de hidrógeno reversible (un electrodo de referencia), la selectividad de la reducción de CO2 al metano se puede mejorar significativamente a más del 60% (ver figura). Este catalizador se encuentra entre los catalizadores más selectivos de la comunidad científica para la formación de metano. También se analizaron los rendimientos de más de 20 catalizadores basados en Cu reportados anteriormente, y se demostró que corroboran los hallazgos del equipo.
El profesor Yeo dijo:"Descubrimos que los catalizadores de Cu derivados de varios precursores, puede ser similar en términos de composición química. Sin embargo, su desempeño catalítico podría ser muy diferente. Explicaciones como la presencia de pasos, Los bordes y defectos en los catalizadores se invocan típicamente para explicar estos fenómenos. Nuestro equipo descubrió que el potencial aplicado y el transporte masivo de CO2, que se ven afectados por las corrientes, También son parámetros críticos que afectan la selectividad de los catalizadores de Cu, y no se puede ignorar ".