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Los científicos de NUS han descubierto un nuevo mecanismo para la reducción electroquímica selectiva de dióxido de carbono (CO 2 ) a etanol utilizando catalizadores compuestos de cobre-plata (Cu-Ag).
Reducción electroquímica de CO 2 a combustibles y productos químicos, cuando funciona con electricidad renovable, es un paso adelante en el alivio de las emisiones de carbono. Los materiales de cobre (Cu) son catalizadores de elección para este proceso porque tienen las más altas actividades electroquímicas hacia los productos de múltiples carbonos. Sin embargo, su selectividad hacia el etanol (C 2 H 5 OH), un valioso combustible y materia prima química, es siempre menor que hacia el etileno (C 2 H 4 ). La preferencia por la producción de etileno en comparación con el etanol surge del mecanismo de dimerización de CO para producir C 2 moléculas de CO 2 , donde la formación de etileno, que tiene una barrera de energía más baja, se prefiere sobre el etanol.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Yeo Boon Siang, Jason del Departamento de Química de NUS, en colaboración con un equipo liderado por el Dr. Federico Calle-Vallejo de la Universidad de Barcelona, ha demostrado que una afluencia de moléculas de CO, proporcionado por cocatalizadores de plata (Ag), activa una vía mecanicista bloqueada de otro modo en Cu que convierte CO 2 gas a etanol.
Gráficos que muestran cómo la mejora de la producción de etanol (verde) y etileno (azul) en compuestos de cobre-plata (Cu-Ag) varía con diferentes (a) relaciones Ag / Cu y (b) tamaños de partículas de Ag. Se observó una mejora de cinco veces para el etanol, mientras que el etileno no se vio afectado significativamente. (c) Diagrama de nivel de energía que muestra los pasos de acoplamiento de CO + CO (rojo) y CO + CH (naranja) en Cu (111). Se requiere una barrera más baja para el acoplamiento CO + CH, haciéndolo más favorable que el paso CO + CO. (d) Esquema que muestra el mecanismo de reducción de CO2 a etanol en compuestos de Cu-Ag mediante acoplamiento CO + CH. Crédito:Catálisis ACS
Una serie de catalizadores compuestos de Cu-Ag, fabricado a partir de una mezcla de nanocables de Cu derivados de óxido y polvos de Ag, fueron probados por su CO electroquímico 2 actividades de reducción. Durante CO 2 reducción, Ag convierte CO 2 a CO y estas moléculas de CO migran a los sitios activos de Cu para su posterior reducción a hidrocarburos (etileno) y alcoholes (etanol). Los investigadores variaron la relación Ag / Cu y el tamaño de las partículas de Ag en los compuestos para aumentar el flujo de CO de Ag a los sitios activos en el material de Cu. Los resultados experimentales mostraron que el aumento de la afluencia de CO aumentó la producción de etanol hasta cinco veces, con poco impacto en la producción de etileno. Las simulaciones teóricas sobre el mecanismo de reacción muestran que en lugar del paso CO + CO que resulta en la formación de etileno, el CO + CH X El paso fue el paso dominante de formación del enlace C-C en la interfaz Cu-Ag. El etanol fue el único producto cuando la reacción procede a través del CO + CH X paso, que se encontró que ocurría en sitios activos diferentes de aquellos que facilitaron la formación de etileno a través de la etapa CO + CO.
Otros planes que surgen de este hallazgo del equipo de investigación incluyen maximizar los sitios activos a través del diseño del catalizador y la producción mejorada utilizando una configuración de celda de flujo de alto rendimiento.
El profesor Yeo dijo:"El concepto de que una vía previamente cerrada puede abrirse mediante una afluencia de intermediarios, como se demuestra en este trabajo, abre nuevas posibilidades para descubrir nuevos mecanismos sintéticos que antes podrían ser inaccesibles ".
