La síntesis de productos químicos a base de carbono mediante la reducción electroquímica del dióxido de carbono (CO2 ) se ha convertido en el objetivo clave de numerosos esfuerzos recientes de investigación energética. Si bien estos estudios han arrojado resultados prometedores, permitiendo la producción de diversos productos químicos ampliamente utilizados, la mayoría de los enfoques propuestos presentan una eficiencia energética y una selectividad deficientes.
Métodos propuestos para la reducción electroquímica de CO2 en el hidrocarburo etileno, por ejemplo, hasta ahora no han logrado la eficiencia energética y la estabilidad deseables. Esto ha impedido su despliegue generalizado como alternativa a los enfoques petroquímicos convencionales para producir etileno, que tienen efectos adversos sobre el medio ambiente.
Investigadores de la Université Montpellier y otros institutos se propusieron recientemente facilitar la síntesis selectiva y energéticamente eficiente de etileno mediante la reducción de CO2 mediante catalizadores funcionalizantes que provocan reacciones de reducción. Su artículo, publicado en Nature Energy , introduce una estrategia para funcionalizar catalizadores de cobre (Cu) para CO2 reducción mediante sales de aril diazonio, sustancias incoloras que se emplean actualmente para sintetizar diversos compuestos orgánicos.
"Aunque se han logrado avances en la producción de productos multicarbono a partir de la reducción electroquímica de CO2 , la modesta selectividad por el etileno (C2 H4 ) conduce a una baja eficiencia energética y altos costos de separación posteriores", escribieron Huali Wu, Lingqi Huang y sus colegas en su artículo. "Funcionalizamos catalizadores de Cu con una variedad de sales de aril diazonio sustituidas para mejorar la selectividad hacia productos de múltiples carbonos". /P>
En sus cálculos y experimentos, Wu, Huang y sus colaboradores descubrieron que diferentes sales de aril diazonio podrían ayudar a adaptar el estado de oxidación del Cu. Utilizando estas sales, pudieron funcionalizar catalizadores en una celda de ensamblaje de electrodo de membrana (MEA), el componente principal de las celdas de combustible que facilita las reacciones electroquímicas deseadas, incluidas las reacciones que sustentan la reducción de CO2. .
Los investigadores probaron el rendimiento de esta celda de flujo MEA con sitios de Cu personalizados en una serie de experimentos. Descubrieron que su estrategia de funcionalización mejoraba la eficiencia energética y la estabilidad del CO2. reducción para producir etileno.
"Usando computación y espectroscopia operando, encontramos que el estado de oxidación de la superficie del Cu (δ + donde 0 <� δ <� 1) se puede ajustar mediante funcionalización y eso influye en la selectividad a C2 H4 ", escribieron los investigadores.
"Reportamos una eficiencia faradaica y una densidad de corriente específica para C2 H4 tan grande como 83 ± 2% y 212 mA cm −2 , respectivamente, en Cu parcialmente oxidado 0.26+ . Utilizando una alimentación de gas CO, demostramos una eficiencia energética de ~40% con un C2 H4 Eficiencia faradaica del 86 ± 2%, correspondiente a un bajo consumo de energía eléctrica de 25,6 kWh Nm −3 para el CO a C2 H4 reacción de conversión."
El reciente estudio realizado por este equipo de investigadores introduce una nueva estrategia prometedora para permitir la electrosíntesis estable y energéticamente eficiente de etileno a partir de CO2 , aprovechando la ingeniería de valencia del cobre. Esta estrategia pronto podría perfeccionarse y validarse aún más, contribuyendo potencialmente al cambio futuro hacia métodos más sostenibles para producir etileno a gran escala.
Más información: Huali Wu et al, Electrosíntesis selectiva y energéticamente eficiente de etileno a partir de CO2 mediante el ajuste de la valencia de catalizadores de Cu mediante la funcionalización de aril diazonio, Nature Energy (2024). DOI:10.1038/s41560-024-01461-6.
Información de la revista: Energía de la naturaleza
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