Un número creciente de científicos está buscando Formas rentables de convertir el gas de dióxido de carbono en valiosos productos químicos y combustibles.

Ahora, un equipo internacional de investigadores ha revelado un nuevo enfoque que utiliza una serie de reacciones catalíticas para reducir electroquímicamente el dióxido de carbono a metano, el ingrediente principal del gas natural, eliminando un paso intermedio normalmente necesario en el proceso de reducción.

"Queremos suministrar electricidad renovable y tomar dióxido de carbono de la atmósfera y convertirlo en otra cosa en un solo paso, "dijo Bingjun Xu, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Delaware. "Esta es una contribución clave a esta visión".

Los resultados del equipo se publicaron en la revista Comunicaciones de la naturaleza el 26 de julio 2019. Dos de los autores del estudio tienen su sede en UD:Xu y la asociada posdoctoral Xiaoxia Chang. Otro autor del estudio, Qi Lu de la Universidad de Tsinghua en China, Anteriormente fue asociado postdoctoral en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la UD.

Los autores del artículo también incluyen a Haochen Zhang de la Universidad de Tsinghua, Jingguang Chen de la Universidad de Columbia, William Goddard III del Instituto de Tecnología de California y Mu-Jeng Cheng de la Universidad Nacional Cheng Kung en Taiwán.

Un sistema de una olla

Para convertir el dióxido de carbono en combustibles valiosos, hay que empezar con una superficie de cobre, el metal famoso por su uso en centavos y cableado eléctrico. El cobre se puede utilizar para reducir el dióxido de carbono en monóxido de carbono, que luego se puede transformar en sustancias como el metano. Este proceso es relativamente simple, pero requiere dos reactores y costosas etapas de separación y purificación.

El equipo de investigación utilizó cálculos y experimentos para diseñar un sistema de catálisis de un solo recipiente. Agregue dióxido de carbono, y una serie de reacciones químicas ocurrirán sin la necesidad de detenerse y agregar más químicos.

Para hacer esto, el equipo agregó superficies de plata nanoestructuradas especiales, que fueron desarrollados por Lu cuando era asociado postdoctoral en la UD de 2012 a 2015, a las superficies de cobre. La porción de plata atrae moléculas de monóxido de carbono, que luego migran a la porción de cobre y se reducen a metano. El sistema produce una mayor concentración de metano que los sistemas de solo cobre.

"En este trabajo, la principal novedad es combinar estos dos en una configuración para que puedan ocurrir varios pasos de reacción en un sistema, ", dijo Xu." Modificamos sistemáticamente la composición, la proporción de plata a cobre en la estructura. Esos son clave para la selectividad y la capacidad de combinar las reacciones ".

Los intentos anteriores de combinar cobre con metales preciosos de esta manera han fracasado. pero el grupo desarrolló un tipo especial de estructura de electrodo que habilitó el sistema. La investigación fue el resultado de un esfuerzo colaborativo con grupos de investigación que contribuyeron con la espectroscopia, cálculo, y estudios de reactividad de materiales.