Grupos de investigación de todo el mundo están desarrollando tecnologías para convertir el dióxido de carbono (CO2 ) en materias primas para aplicaciones industriales. La mayoría de los experimentos en condiciones industriales relevantes se han llevado a cabo con electrocatalizadores heterogéneos, es decir, catalizadores que se encuentran en una fase química diferente a la de las sustancias reaccionantes. Sin embargo, los catalizadores homogéneos, que se encuentran en la misma fase que los reactivos, generalmente se consideran más eficientes y selectivos. Hasta la fecha, no ha habido ninguna instalación en la que se puedan probar catalizadores homogéneos en condiciones industriales.
Un equipo dirigido por Kevinjeorjios Pellumbi y el profesor Ulf-Peter Apfel de la Universidad del Ruhr en Bochum y el Instituto Fraunhofer de Tecnología Ambiental, de Seguridad y Energética UMSICHT en Oberhausen ha logrado cerrar esta brecha. Los investigadores describieron sus hallazgos en la revista Cell Reports Physical Science. . El artículo fue publicado el 13 de diciembre de 2023.
"Nuestro trabajo tiene como objetivo ampliar los límites de la tecnología para establecer una solución eficiente para el CO2 conversión que transformará el gas perjudicial para el clima en un recurso útil", afirma Ulf-Peter Apfel. Su grupo colaboró con el equipo dirigido por el profesor Wolfgang Schöfberger de la Universidad Johannes Kepler de Linz e investigadores del Instituto Fritz Haber de Berlín.
El equipo exploró la conversión de CO2 mediante electrocatálisis. En el proceso, una fuente de voltaje suministra energía eléctrica, que se alimenta al sistema de reacción a través de electrodos y controla las conversiones químicas en los electrodos. Un catalizador facilita la reacción; En la electrocatálisis homogénea, el catalizador suele ser un complejo metálico disuelto. En el llamado electrodo de difusión de gas, el material de partida CO2 pasa por el electrodo, donde los catalizadores lo convierten en monóxido de carbono. Este último, a su vez, es un material de partida habitual en la industria química.
Los investigadores integraron los catalizadores complejos metálicos en la superficie del electrodo sin unirlos químicamente. Demostraron que su sistema podía convertir eficazmente el CO2 :Generaba densidades de corriente de más de 300 miliamperios por centímetro cuadrado. Además, el sistema permaneció estable durante más de 100 horas sin mostrar ningún signo de deterioro.
No es necesario anclar el catalizador
Todo esto significa que, en general, se pueden utilizar catalizadores homogéneos para las células de electrólisis. "Sin embargo, requieren una composición de electrodo específica", afirma Ulf-Peter Apfel. Más específicamente, los electrodos deben permitir la conversión directa de gas sin disolventes para que el catalizador no se lixivie de la superficie del electrodo. Al contrario de lo que se describe a menudo en la literatura especializada, no es necesario ningún material soporte que acople químicamente el catalizador a la superficie del electrodo.
"Nuestros hallazgos abren la posibilidad de probar e integrar electrocatalizadores homogéneos de alto rendimiento y fácilmente variables en escenarios de aplicación para procesos electroquímicos", concluye Apfel.
Más información: Kevinjeorjios Pellumbi et al, Llevando la carga de Ag de los electrolizadores de CO2 al mínimo a través de entornos molecularmente ajustados, Cell Reports Physical Science (2023). DOI:10.1016/j.xcrp.2023.101746
Información de la revista: Informes celulares de ciencias físicas
Proporcionado por Ruhr-Universitaet-Bochum
