Un catalizador de cobre estable para la conversión de CO2
Investigadores de la Ruhr-Universität Bochum y de la Universidad de Duisburg-Essen han desarrollado un nuevo catalizador para la conversión de dióxido de carbono (CO2) en productos químicos o combustibles. Optimizaron los catalizadores de cobre ya disponibles para mejorar su selectividad y estabilidad a largo plazo. Los resultados son descritos por el equipo dirigido por el Dr. Yanfang Song y el profesor Wolfgang Schuhmann del Centro de Electroquímica de Bochum con el equipo dirigido por la profesora Corina Andronescu del grupo de Química Técnica III de Duisburg-Essen en la revista Angewandte Chemie, publicada en línea el 9 de febrero de 2021.
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El boro hace estable el catalizador de cobre
El gas climático CO2 puede convertirse en compuestos de carbono más grandes que pueden utilizarse como productos químicos de base para la industria o como combustibles. Los investigadores persiguen la idea de convertir el CO2 electroquímicamente con la ayuda de energías renovables. Así no sólo se crearían productos útiles, sino que también servirían para almacenar las energías renovables. El cobre ya se ha revelado como un catalizador prometedor en estudios anteriores, pero debe estar en forma de ion parcialmente cargado positivamente, y ése es precisamente el problema.
En las condiciones de reacción convencionales, el cobre pasa rápidamente de su forma cargada positivamente al estado neutro, que es desfavorable para la formación de productos con más de dos átomos de carbono y, por tanto, desactiva el catalizador.
Por ello, el equipo de Bochum y Duisburg-Essen modificó un catalizador de cobre con boro. Los investigadores probaron diferentes proporciones de cobre y boro y determinaron la composición óptima para favorecer la formación de compuestos con más de dos átomos de carbono. También demostraron que el catalizador de boro-cobre puede funcionar a densidades de corriente que serían necesarias a escala industrial.
El zinc evita los daños por corrosión
Implementaron el sistema en forma de electrodo de difusión de gas en el que un catalizador sólido cataliza la reacción electroquímica entre las fases líquida y gaseosa. Es importante que se disuelva una cantidad suficiente de CO2 en la región límite entre las fases gaseosa y líquida. Los científicos lo consiguieron utilizando un aglutinante especial.
Otro reto es mantener el sistema estable durante un largo periodo de tiempo. Por ejemplo, hay que evitar la corrosión de los electrodos. Para ello, los químicos integraron en el sistema un llamado ánodo de sacrificio hecho de zinc. Como el zinc es un metal menos noble que el cobre, éste se corroe primero, mientras que el cobre se salva.
"La combinación de un material catalizador selectivo y activo en un electrodo de difusión de gas y la adición del zinc estabilizador es un paso importante hacia el uso del CO2 para la síntesis de productos químicos básicos", resume Wolfgang Schuhmann.
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