Los defectos en la nanosílice pueden salvar al planeta Tierra del calentamiento global. Crédito:Ayan Maity, TIFR, Bombay
Una cantidad excesiva de dióxido de carbono es la principal causa del cambio climático. Uno de los mejores enfoques es capturar y convertir dióxido de carbono (CO 2 ) en combustible como el metano. Por otra parte, una forma sostenible de resolver el problema energético es generar una fuente de energía alternativa, sin embargo, Los desafíos relacionados con el almacenamiento de electricidad renovable están impidiendo el desarrollo de estas tecnologías. Por lo tanto, CO 2 La conversión a metano utilizando hidrógeno renovable tiene el gran potencial de proporcionar una solución a estos dos problemas de CO excesivo. 2 niveles, y el desajuste temporal entre la producción y la demanda de electricidad renovable, así como almacenamiento de hidrógeno.
Catalizadores más conocidos para CO 2 la metanización son nanopartículas de metales soportadas. Sin embargo, la mayoría de ellos sufren el problema de la estabilidad, así como la selectividad hacia el metano sobre el CO. La mejor manera de resolver el problema de la estabilidad del catalizador es reemplazando los sitios activos (nanopartículas metálicas) con sitios activos libres de metales que son catalíticos y estables. incluso en un ambiente de aire a altas temperaturas.
En este trabajo, Los investigadores de TIFR han desarrollado el protocolo de ingeniería de defectos magnesiotérmicos para diseñar un nuevo sistema catalizador en el que los sitios activos de nanopartículas metálicas fueron reemplazados por defectos como sitios catalíticamente activos.
Este es el primer catalizador 'libre de ligando libre de metales' para CO 2 conversión. Los defectos en la nanosílice convierten CO 2 al metano con excelente productividad y selectividad. Es más, no se requerían nanopartículas de metal, y los sitios defectuosos por sí solos actuaron como sitios catalíticos para la activación del dióxido de carbono y la disociación del hidrógeno, y su acción cooperativa convirtió CO 2 al metano.
El catalizador es reciclable y estable durante más de 200 h con 10000 μmoles g -1 h -1 de productividad para el metano. Notablemente, a diferencia de los costosos catalizadores metálicos, la actividad catalítica para la producción de metano aumentó significativamente después de cada ciclo de regeneración, alcanzando más del doble de la tasa de producción de metano después de ocho ciclos de regeneración en comparación con el rendimiento inicial del catalizador.
Los estudios de espectroscopia proporcionaron información atomística sobre los diversos sitios de defectos (centros de radicales de Si, O-vacante, y centros de agujeros de oxígeno no puente) en términos de sus concentraciones, proximidad, y cooperatividad. El estudio de espectroscopía in situ proporcionó conocimientos mecánicos a nivel molecular, indicando posibles vías para el CO 2 conversión a metano y monóxido de carbono, que fue confirmado además por un estudio computacional en colaboración con el profesor Ayan Datta de la Asociación India de Ciencias del Cultivo (IACS), Calcuta.
