Los puntos cuánticos de grafeno pueden ofrecer una forma sencilla de reciclar el dióxido de carbono residual en combustible valioso en lugar de liberarlo a la atmósfera o enterrarlo bajo tierra. según los científicos de la Universidad de Rice.

Los puntos cuánticos de grafeno dopado con nitrógeno (NGQD) son un electrocatalizador eficiente para producir hidrocarburos complejos a partir de dióxido de carbono, según el equipo de investigación dirigido por el científico de materiales de Rice Pulickel Ajayan. Usando electrocatálisis, Este laboratorio ha demostrado la conversión del gas de efecto invernadero en pequeños lotes de etileno y etanol.

La investigación se detalla esta semana en Comunicaciones de la naturaleza .

Aunque no comprenden del todo el mecanismo, los investigadores encontraron que los NGQD funcionaban casi tan eficientemente como el cobre, que también se está probando como catalizador para reducir el dióxido de carbono en combustibles líquidos y productos químicos. Y las NGQD mantienen su actividad catalítica durante mucho tiempo, ellos informaron.

"Es sorprendente porque la gente ha probado diferentes tipos de catalizadores. Y solo hay unas pocas opciones reales, como el cobre, ", Dijo Ajayan." Creo que lo que encontramos es fundamentalmente interesante, porque proporciona una vía eficiente para seleccionar nuevos tipos de catalizadores para convertir el dióxido de carbono en productos de mayor valor ".

Esos problemas no son un secreto. El dióxido de carbono atmosférico se elevó por encima de las 400 partes por millón a principios de este año, el más alto ha sido en al menos 800, 000 años, medido a través del análisis de núcleos de hielo.

"Si podemos convertir una fracción considerable del dióxido de carbono que se emite, podríamos frenar el aumento de los niveles de dióxido de carbono atmosférico, que se han relacionado con el cambio climático, "dijo el coautor Paul Kenis de la Universidad de Illinois.

En pruebas de laboratorio, Los NGQD demostraron ser capaces de reducir el dióxido de carbono hasta en un 90 por ciento y convertir el 45 por ciento en etileno o alcohol. comparable a los electrocatalizadores de cobre.

Los puntos cuánticos de grafeno son láminas de átomos de carbono del grosor de un átomo que se han dividido en partículas de aproximadamente un nanómetro de espesor y solo unos pocos nanómetros de ancho. La adición de átomos de nitrógeno a los puntos permite diversas reacciones químicas cuando se aplica una corriente eléctrica y se introduce una materia prima como el dióxido de carbono.

"El carbono no suele ser un catalizador, "Ajayan dijo." Una de nuestras preguntas es por qué este dopaje es tan efectivo. Cuando se inserta nitrógeno en la red grafítica hexagonal, hay múltiples posiciones que puede tomar. Cada una de estas posiciones, dependiendo de dónde se asienta el nitrógeno, debe tener una actividad catalítica diferente. Así que ha sido un rompecabezas y aunque la gente ha escrito muchos artículos en los últimos cinco a diez años sobre el catalizador del carbono dopado y defectuoso, el rompecabezas no está realmente resuelto ".

"Nuestros hallazgos sugieren que el nitrógeno piridínico (un compuesto orgánico básico) que se encuentra en el borde de los puntos cuánticos de grafeno conduce a la conversión catalítica del dióxido de carbono en hidrocarburos, "dijo el investigador postdoctoral de Rice, Jingjie Wu, coautor principal del artículo. "La siguiente tarea es aumentar aún más la concentración de nitrógeno para ayudar a aumentar el rendimiento de los hidrocarburos".

Ajayan señaló que, si bien la electrocatálisis es efectiva a escala de laboratorio por ahora, la industria se basa en la catálisis térmica escalable para producir combustibles y productos químicos. "Por esta razón, Es probable que las empresas no lo utilicen pronto para la producción a gran escala. Pero la electrocatálisis se puede realizar fácilmente en el laboratorio, y demostramos que será útil en el desarrollo de nuevos catalizadores ".