En las condiciones adecuadas, nanopartículas de plata, representado por las grandes esferas naranjas, puede absorber la luz visible. Los portadores de carga producidos por la excitación de la luz se transfieren a CO2 y agua, permitiendo la conversión a hidrocarburos y otras moléculas multicarbonato. En el gráfico, los átomos de carbono son negros, los átomos de oxígeno son rojos y los átomos de hidrógeno son blancos. Crédito:D. Devasia / Jain Lab / Universidad de Illinois Urbana-Champaign
Los investigadores informan que se producen pequeñas cantidades de moléculas útiles, como los hidrocarburos, cuando el dióxido de carbono y el agua reaccionan en presencia de luz y un catalizador de nanopartículas de plata. Su estudio de validación, hecho posible mediante el uso de una técnica analítica de alta resolución, podría allanar el camino para el CO 2 -tecnologías de reducción que permiten la producción a escala industrial de combustibles renovables a base de carbono.
El estudio, dirigido por el profesor de química Prashant Jain de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, sondea la actividad química en la superficie de los catalizadores de nanopartículas de plata bajo luz visible y utiliza isótopos de carbono para rastrear el origen y la producción de estas reacciones químicas previamente no detectadas. Los hallazgos se publican en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Conversión de CO impulsada por la luz solar 2 y el agua en compuestos de múltiples carbonos densos en energía es una tecnología viable para la generación de energía renovable y la fabricación de productos químicos. Debido a esto, Los investigadores han estado a la caza de catalizadores sintéticos que faciliten el CO2 a gran escala. 2 reducción en moléculas de múltiples carbonos, los informes del estudio.
"Las reacciones químicas catalíticas a nivel industrial generalmente se prueban y optimizan sobre la base del perfil de volumen de los productos finales, ", Dijo Jain." Pero hay especies químicas formadas en las etapas intermedias de tales reacciones, en la superficie de los catalizadores, que pueden ser demasiado escasos para detectar y medir con métodos convencionales, pero son significantes fundamentales de cómo funciona un catalizador ".
En el laboratorio, El equipo de Jain utilizó un espectroscopio Raman especialmente equipado para detectar e identificar moléculas individuales formadas en la superficie de nanopartículas de plata individuales. Aislando una sola nanopartícula sobre la que progresan las reacciones químicas, los investigadores pueden usar un láser altamente enfocado para excitar las moléculas que se forman en la superficie del catalizador para crear una señal espectral que identifique las moléculas formadas en discretas, Pasos elementales del proceso químico general.
"Me gusta pensar en este trabajo en términos de una historia, ", Dijo Jain." Hay un tema general en una historia, que es la reducción de CO 2 . Los personajes principales son CO 2 , H 2 Oh nanopartículas de plata, iones de monóxido de carbono e hidrógeno, por ejemplo. Pero también hay algunos personajes menores pero muy interesantes como el butanol, acetato y ácido oxálico que ayudan a contar la historia de fondo de los personajes principales. Y aveces, los personajes secundarios son mucho más interesantes que los principales ".
A veces, los personajes secundarios pueden venir con algunos jugadores no deseados, Dijo Jain. Para asegurar que las moléculas intermedias basadas en carbono que los investigadores detectaron son el resultado del CO 2 proceso de reducción y no contaminación, ellos usaron CO 2 que contiene solo el isótopo carbono-13, que constituye solo el 1,1% del carbono de la Tierra.
"El uso de carbono 13 para rastrear las vías de reacción nos permitió confirmar que los hidrocarburos medidos estaban allí como resultado del CO 2 agregamos intencionalmente en el recipiente de reacción, y no introducido accidentalmente a través de la contaminación de las nanopartículas de plata o más tarde durante el proceso de análisis, "Dijo Jain." El carbono-13 es raro, así que si lo detectamos en nuestros productos de reacción, sabríamos que es el resultado de la conversión de CO impulsada por la luz 2 y formación de enlaces C-C ".
La escala de formación de moléculas de múltiples carbonos mediante el uso de catalizadores de nanopartículas de plata sigue siendo muy pequeña en esta etapa de la investigación. Dijo Jain. Sin embargo, los investigadores pueden concentrarse en el desarrollo de catalizadores sintéticos mejorados y la ampliación de la producción industrial, ahora que se ha revelado la promesa de las nanopartículas recolectoras de luz.
