Una ilustración esquemática que muestra cómo se preparan los materiales compuestos N-ND y N-ND / Cu. Crédito:Wang et al.
Para contrarrestar eficazmente el cambio climático y satisfacer las crecientes necesidades energéticas mundiales, los humanos deben cambiar drásticamente sus métodos para generar energía. Nuevos catalizadores para una conversión de energía neutra en carbono podrían ser de gran ayuda para enfrentar estos desafíos, facilitar el cambio hacia el uso de fuentes de energía renovables.
Enfoques electrolíticos, que convierten la energía eléctrica en energía potencial química, son particularmente prometedores para el desarrollo de catalizadores para reducir el CO 2 . Estos enfoques se basan generalmente en el uso de sustancias acuosas que son baratas, fácilmente disponible y seguro para el medio ambiente. Además, normalmente funcionan a temperaturas y presiones ambientales.
Algunos de los electrocatalizadores más comunes utilizados para habilitar CO 2 las reacciones de reducción son metales preciosos, metales básicos, óxidos metálicos, dicalcogenuros metálicos y catalizadores moleculares. Estos catalizadores, así como otros probados en estudios previos, a menudo vienen con limitaciones cruciales que impiden su implementación a gran escala. Por ejemplo, pueden ser muy caros, mientras que también exhibe eficiencias energéticas bajas y estabilidades electroquímicas insatisfactorias.
Investigadores de la Universidad de Stanford han ideado recientemente una nueva estrategia de diseño que podría ayudar a superar algunas de estas limitaciones. permitiendo la fabricación de interfaces catalíticas selectivas pero robustas para electrocatalizadores heterogéneos que podrían reducir el CO 2 a C 2 oxigena. Su enfoque para diseñar estos electrocatalizadores fue introducido y descrito en un artículo publicado por Energía de la naturaleza .
"Presentamos un principio de diseño para la creación de una interfaz catalítica selectiva pero robusta para electrocatalizadores heterogéneos en la reducción de CO 2 a C 2 oxigenados, demostrado mediante el ajuste racional de un conjunto de nano-diamantes dopados con nitrógeno (N-ND) y nanopartículas de cobre, "escribieron los investigadores en su artículo.
En su estudio, El equipo de Stanford mostró esencialmente cómo se puede ensamblar una interfaz catalítica incorporando nanopartículas de Cu en N-ND, creando el material N-ND / Cu. La sinergia de estos dos componentes fusionados (es decir, Cu y N-ND) permitieron mejoras significativas en el proceso de CO de los catalizadores. 2 a C 2 Transformación oxigenada.
"El catalizador exhibe una eficiencia de Faraidic de -63 por ciento hacia C 2 oxigena a potenciales aplicados de solo -0,5 V en comparación con un electrodo de hidrógeno reversible, "escribieron los investigadores en su artículo". Además, este catalizador muestra un rendimiento catalítico persistente sin precedentes hasta 120 h, con una corriente constante y solo un 19 por ciento de disminución de la actividad ".
Se descubrió que el catalizador desarrollado utilizando el principio de diseño propuesto por estos investigadores de Stanford supera a los sistemas electrocatalíticos existentes en varios dominios, logrando una actividad y selectividad notablemente altas. Además, la nueva estrategia de diseño permite un grado incomparable de control sobre la interfaz catalítica, y consecuentemente también sobre la reacción energética y cinética.
En el futuro, el enfoque podría orientar el desarrollo de una variedad de nuevas interfaces electrocatalíticas, allanando el camino para técnicas más efectivas y respetuosas con el medio ambiente para almacenar energía. Además, la misma estrategia de diseño debería ser fácil de aplicar a la fabricación de numerosas transformaciones catalíticas, particularmente aquellos basados en el uso de fuentes de energía renovables y sustancias acuosas fácilmente disponibles.
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