Gracias a esfuerzos conjuntos dirigidos por los profesores Dae-hyun Nam y Youn-gu Lee del Departamento de Ciencias e Ingeniería Energéticas de DGIST y el profesor Seo-in Back del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad de Sogang, el equipo de investigación ha ideado una tecnología. mejorar sustancialmente la producción de etileno mediante la incorporación de vitamina C en un catalizador de reducción de dióxido de carbono de un sistema heterogéneo.

Esto se basa en la observación de que la presencia de dióxido de carbono en el aire afecta los niveles de vitamina C en las frutas.

La reducción electroquímica del dióxido de carbono está ganando reconocimiento como tecnología fundamental para la "energía respetuosa con el medio ambiente". Este proceso tiene como objetivo disminuir la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera y al mismo tiempo generar fuentes más limpias de energía futura. Sin embargo, los catalizadores electroquímicos existentes enfrentan desafíos para lograr un rendimiento catalítico constante en condiciones de alta densidad de corriente.

Esta limitación dificulta la formación del producto intermedio esencial, el monóxido de carbono, que desempeña un papel fundamental en la conversión de etileno. En cambio, estos catalizadores tienden a inducir la reacción para la generación de hidrógeno en lugar de la reacción de reducción de dióxido de carbono.

Por lo tanto, para una reducción perfecta del dióxido de carbono, es importante lograr la formación estable del producto intermedio de monóxido de carbono a alta densidad de corriente a través de un catalizador electroquímico y promover la dimerización donde se combinan dos productos intermedios de monóxido de carbono.

Así, el equipo de investigación liderado por el profesor Nam de la DGIST ideó un método para integrar la reacción de oxidación-reducción de la vitamina C en la reducción electroquímica del dióxido de carbono basándose en el fenómeno donde el contenido de vitamina C en las frutas disminuye en un ambiente con una alta concentración. de dióxido de carbono.

El equipo de investigación sintetizó vitamina C con puntos cuánticos de grafeno y fabricó un "nanocables de cobre que estimulan la vitamina C" combinando el material sintetizado con cobre. Este enfoque ayudó a estabilizar la vitamina C a través de los efectos de nanoconfinamiento de los puntos cuánticos de grafeno y permitió la reversibilidad de la oxidación-reducción.

Además, la reacción de oxidación-reducción de la vitamina C suministró constantemente electrones y protones al dióxido de carbono, promoviendo el proceso de dimerización y creando el producto intermedio de monóxido de carbono. En consecuencia, el catalizador recientemente desarrollado mostró una mejora de 2,9 veces en la producción de etileno en comparación con los catalizadores de nanocables de cobre convencionales.

Además, el equipo de investigación identificó que la vitamina C confinada en el grafeno optimiza la integración del producto intermedio de monóxido de carbono y el catalizador de cobre mediante análisis espectroscópico Raman en tiempo real y simulación por computadora. El equipo de investigación también identificó el principio de funcionamiento del catalizador verificando que se pueden liberar electrones y protones, lo que facilita la reacción de reducción del dióxido de carbono basada en un fuerte enlace de hidrógeno.

El profesor Nam de DGIST afirmó:"Esta investigación creó un catalizador electroquímico capaz de producir etileno a gran escala mediante la reducción de dióxido de carbono y reveló un nuevo mecanismo de reacción. Se espera que esta tecnología desempeñe un papel clave en el logro de la neutralidad de carbono mediante la transformación del dióxido de carbono. —un importante contribuyente al calentamiento global—en un compuesto de alto valor."

El trabajo está publicado en la revista Nature Communications. .