Crédito:Wiley
Un paso hacia el dióxido de carbono (CO2 ) la neutralidad y la mitigación tanto del efecto invernadero como de la crisis energética sería convertir CO2 en combustibles basados en hidrocarburos como el metano usando luz. En la revista Angewandte Chemie International Edition , un equipo de investigación chino ha introducido un fotocatalizador muy eficaz basado en átomos de oro para hacer posible esta transformación.
La conversión fotocatalítica de CO2 se produce a través de una serie de procesos en los que se transfieren electrones. Esto puede resultar en varios productos, incluyendo monóxido de carbono (CO), metanol (CH3 OH), metano (CH4 ), y otros hidrocarburos. Se deben transferir ocho electrones en el camino desde CO2 a CH4 —más que para otros C1 productos El metano es el producto final termodinámicamente favorable, pero la reacción competidora para formar CO solo requiere dos electrones y es mucho más rápida, por lo que se favorece cinéticamente. La metanización efectiva y selectiva es, por lo tanto, particularmente desafiante.
Un equipo dirigido por Hefeng Cheng (Universidad de Shandong, Jinan, China) y colaboradores ha desarrollado un enfoque práctico para convertir de manera eficiente el CO2 a CH4 utilizando energía solar. La clave de su éxito es un catalizador novedoso con átomos de oro individuales. Debido a que los átomos de oro se agregan en métodos preparativos convencionales, el equipo desarrolló una nueva estrategia que utiliza un intercambio complejo para producir el catalizador.
Debido a sus estructuras electrónicas únicas, los catalizadores de un solo átomo se comportan de manera diferente a las nanopartículas metálicas convencionales. Además, cuando se fijan a un soporte adecuado, casi todos los átomos individuales están disponibles como centros catalíticos activos. En este nuevo catalizador, los átomos de oro individuales están anclados a una nanocapa ultrafina de sulfuro de zinc e indio y cada uno está coordinado con solo dos átomos de azufre. Bajo la luz solar, se demostró que el catalizador es muy activo con un CH4 selectividad del 77 %.
Un fotosensibilizador (un complejo de rutenio) absorbe la luz, se excita y acepta un electrón que está disponible a través de un donante de electrones (trietanolamina). Luego pasa el electrón al catalizador. Los átomos de oro individuales en la superficie del soporte actúan como "bombas de electrones". Capturan los electrones con mucha más eficacia que las nanopartículas de oro y los transfieren a CO2 moléculas e intermedios.
La caracterización detallada y los cálculos revelan que el catalizador activa el CO2 molecules to a much greater degree than gold nanoparticles, more strongly adsorbs the excited *CO intermediates, lowers the energy barrier for binding hydrogen ions, and stabilizes the *CH3 intermediate. This allows CH4 to be the favored product and minimizes the release of CO. + Explora más
