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A medida que los niveles de dióxido de carbono atmosférico continúan aumentando, los científicos están buscando nuevas formas de descomponer el CO 2 moléculas para fabricar combustibles útiles a base de carbono, químicos y otros productos. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Brown ha encontrado una manera de ajustar un catalizador de cobre para producir hidrocarburos complejos, conocidos como productos C2-plus, a partir de CO 2 con notable eficiencia.
En un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores informan de un catalizador que puede producir compuestos C2-plus con hasta un 72% de eficiencia faradaica (una medida de la eficiencia con la que se usa la energía eléctrica para convertir el dióxido de carbono en productos de reacción química). Eso es mucho mejor que las eficiencias reportadas de otros catalizadores para reacciones C2-plus, dicen los investigadores. Y el proceso de preparación se puede escalar a un nivel industrial con bastante facilidad, lo que da al nuevo catalizador potencial para su uso en CO a gran escala 2 esfuerzos de reciclaje.
"Ha habido informes en la literatura de todo tipo de tratamientos diferentes para el cobre que podrían producir estos C2-plus con una gama de eficiencias diferentes, "dijo Tayhas Palmore, el profesor de ingeniería en Brown que es coautor del artículo con Ph.D. estudiante Taehee Kim. "Lo que hizo Taehee fue una serie de experimentos para desentrañar lo que cada uno de estos pasos de tratamiento le estaba haciendo al catalizador en términos de reactividad, que señaló el camino para optimizar un catalizador para estos compuestos de múltiples carbonos ".
Ha habido grandes avances en los últimos años en el desarrollo de catalizadores de cobre que podrían producir moléculas de un solo carbono, Palmore dice. Por ejemplo, Palmore y su equipo en Brown desarrollaron recientemente un catalizador de espuma de cobre que puede producir ácido fórmico de manera eficiente, un importante producto químico de un solo carbono. Pero el interés está aumentando en las reacciones que pueden producir productos C2-plus.
"Por último, todos buscan aumentar la cantidad de carbonos en el producto hasta el punto de producir combustibles y productos químicos con mayor contenido de carbono, "Dijo Palmore.
Investigaciones anteriores han demostrado que la halogenación del cobre, una reacción que recubre una superficie de cobre con átomos de cloro, bromo o yodo en presencia de un potencial eléctrico, podría aumentar la selectividad de un catalizador de productos C2-plus. Kim experimentó con una variedad de diferentes métodos de halogenación, poniendo a cero en qué elementos halógenos y qué potenciales eléctricos produjeron catalizadores con el mejor rendimiento en CO 2 reacciones -a-C2-plus. Encontró que las preparaciones óptimas podrían producir eficiencias faradaicas de entre 70,7% y 72,6%, mucho más alto que cualquier otro catalizador de cobre.
La investigación ayuda a revelar los atributos que hacen que un catalizador de cobre sea bueno para los productos C2-plus. Las preparaciones con las eficiencias más altas tenían una gran cantidad de defectos superficiales (pequeñas grietas y hendiduras en la superficie halogenada) que son críticos para las reacciones de acoplamiento carbono-carbono. Estos sitios de defectos parecen ser clave para la alta selectividad de los catalizadores hacia el etileno, un producto C2-plus que se puede polimerizar y utilizar para fabricar plásticos.
Por último, tal catalizador ayudará en el reciclaje a gran escala de CO 2 . La idea es capturar CO 2 producidos por instalaciones industriales como centrales eléctricas, fabricación de cemento o directamente del aire, y convertirlo en otros compuestos de carbono útiles. Eso requiere un catalizador eficiente que sea fácil de producir y regenerar, y lo suficientemente económico para operar a escala industrial. Este nuevo catalizador es un candidato prometedor, dicen los investigadores.
"Trabajamos con catalizadores a escala de laboratorio para nuestros experimentos, pero podría producir un catalizador de prácticamente cualquier tamaño utilizando el método desarrollado, "Dijo Palmore.
