Investigadores de la Universidad de Linköping, Suecia, están intentando convertir el dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, para alimentar utilizando energía de la luz solar. Los resultados recientes han demostrado que es posible utilizar su técnica para producir selectivamente metano, monóxido de carbono o ácido fórmico a partir de dióxido de carbono y agua. El estudio ha sido publicado en ACS Nano .

Las plantas convierten el dióxido de carbono y el agua en oxígeno y azúcares de alta energía. que utilizan como "combustible" para crecer. Obtienen su energía de la luz solar. Jianwu Sun y sus colegas de la Universidad de Linköping están intentando imitar esta reacción, conocida como fotosíntesis, utilizado por las plantas para capturar dióxido de carbono del aire y convertirlo en combustibles químicos, como el metano, etanol y metanol. El método se encuentra actualmente en una etapa de investigación, y el objetivo a largo plazo de los científicos es convertir la energía solar en combustible de manera eficiente.

"Al convertir el dióxido de carbono en combustible con la ayuda de la energía solar, esta técnica podría contribuir al desarrollo de fuentes de energía renovable y reducir el impacto en el clima de la combustión de combustibles fósiles, "dice Jianwu Sun, profesor titular del Departamento de Física, Química y Biología en la Universidad de Linköping.

El grafeno es uno de los materiales más delgados que existen, que consta de una sola capa de átomos de carbono. Es elástico, flexible, transparente a la luz del sol, y buen conductor de electricidad. Esta combinación de propiedades asegura que el grafeno tenga potencial para su uso en aplicaciones como la electrónica y la biomedicina. Pero el grafeno por sí solo no es adecuado para la aplicación de conversión de energía solar que buscan los investigadores de LiU, y por lo tanto han combinado el grafeno con un semiconductor, carburo de silicio cúbico (3C-SiC). Los científicos de la Universidad de Linköping han desarrollado previamente un método líder en el mundo para cultivar grafeno en carburo de silicio cúbico. que consta de carbono y silicio. Cuando se calienta el carburo de silicio, el silicio se vaporiza, mientras que los átomos de carbono permanecen y se reconstruyen en forma de una capa de grafeno. Los investigadores han demostrado previamente que es posible colocar hasta cuatro capas de grafeno una encima de la otra de forma controlada.

Han combinado el grafeno y el carburo de silicio cúbico para desarrollar un fotoelectrodo a base de grafeno que conserva la capacidad del carburo de silicio cúbico para capturar la energía de la luz solar y crear portadores de carga. El grafeno funciona como una capa conductora transparente mientras protege el carburo de silicio.

El rendimiento de la técnica basada en grafeno está controlado por varios factores, uno importante de los cuales es la calidad de la interfaz entre el grafeno y el semiconductor. Los científicos han analizado las propiedades de esta interfaz en detalle. Demuestran en el artículo que pueden adaptar las capas de grafeno en el carburo de silicio y controlar las propiedades del fotoelectrodo basado en grafeno. De esta manera, la conversión de dióxido de carbono se hace más eficiente, mientras que las estabilidades de los componentes se mejoran al mismo tiempo.

El fotoelectrodo desarrollado por los investigadores se puede combinar con cátodos de varios metales, como el cobre, zinc o bismuto. Diferentes compuestos químicos, como el metano, monóxido de carbono y ácido fórmico, puede formarse selectivamente a partir de dióxido de carbono y agua seleccionando cátodos metálicos adecuados.

"Más importante, hemos demostrado que podemos utilizar la energía solar para controlar la conversión de dióxido de carbono en metano, monóxido de carbono o ácido fórmico, "dice Jianwu Sun.

El metano se utiliza como combustible en vehículos adaptados para utilizar combustibles gaseosos. El monóxido de carbono y el ácido fórmico pueden procesarse adicionalmente para que funcionen como combustibles, o se pueden utilizar en la industria ".