17.08.2020 - Brown University

El nuevo catalizador convierte eficientemente el dióxido de carbono en combustibles y productos químicos útiles

Al convertir eficientemente el CO2 en productos de hidrocarburos complejos, un nuevo catalizador podría ayudar en los esfuerzos a gran escala para reciclar el exceso de dióxido de carbono

A medida que los niveles de dióxido de carbono atmosférico continúan subiendo, los científicos buscan nuevas formas de descomponer las moléculas de CO2 para hacer combustibles útiles basados en el carbono, productos químicos y otros productos. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Brown ha encontrado una manera de afinar un catalizador de cobre para producir hidrocarburos complejos -conocidos como productos C2-plus- a partir del CO2 con una eficiencia notable.

En un estudio publicado en Nature Communications, los investigadores informan de un catalizador que puede producir compuestos C2-plus con hasta un 72% de eficiencia faradaíca (una medida de la eficiencia con la que se utiliza la energía eléctrica para convertir el dióxido de carbono en productos de reacción química). Eso es mucho mejor que las eficiencias reportadas de otros catalizadores para reacciones C2-plus, dicen los investigadores. Y el proceso de preparación puede ser escalado a un nivel industrial con bastante facilidad, lo que le da al nuevo catalizador potencial para su uso en esfuerzos de reciclaje de CO2 a gran escala.

"Ha habido informes en la literatura de todo tipo de tratamientos diferentes para el cobre que podrían producir estos C2-plus con una gama de diferentes eficiencias", dijo Tayhas Palmore, el profesor de ingeniería de Brown que fue co-autor del trabajo con el estudiante de doctorado Taehee Kim. "Lo que Taehee hizo fue un conjunto de experimentos para desentrañar lo que cada uno de estos pasos de tratamiento estaba haciendo realmente al catalizador en términos de reactividad, lo que señaló el camino para optimizar un catalizador para estos compuestos multicarbono".

Ha habido grandes avances en los últimos años en el desarrollo de catalizadores de cobre que podrían hacer moléculas de un solo carbono, dice Palmore. Por ejemplo, Palmore y su equipo en Brown desarrollaron recientemente un catalizador de espuma de cobre que puede producir eficientemente ácido fórmico, un importante producto químico básico de un solo carbono. Pero está aumentando el interés en las reacciones que pueden producir productos C2-plus.

"En última instancia, todo el mundo busca aumentar el número de carbones en el producto hasta el punto de producir combustibles y productos químicos con mayor contenido de carbono", dijo Palmore.

Había habido evidencia de investigaciones anteriores de que la halogenación del cobre - una reacción que recubre una superficie de cobre con átomos de cloro, bromo o yodo en presencia de un potencial eléctrico - podría aumentar la selectividad de un catalizador de productos C2-plus. Kim experimentó con una variedad de diferentes métodos de halogenación, centrándose en qué elementos halógenos y qué potenciales eléctricos producían catalizadores con el mejor rendimiento en las reacciones de CO2 a C2-plus. Descubrió que las preparaciones óptimas podían producir eficiencias faradianas de entre el 70,7% y el 72,6%, muy superiores a las de cualquier otro catalizador de cobre.

La investigación ayuda a revelar los atributos que hacen que un catalizador de cobre sea bueno para los productos C2-plus. Los preparados con las mayores eficiencias tenían un gran número de defectos superficiales - minúsculas grietas y hendiduras en la superficie halógena - que son críticas para las reacciones de acoplamiento de carbono y carbono. Estos sitios de defectos parecen ser clave para la alta selectividad de los catalizadores hacia el etileno, un producto C2-plus que puede ser polimerizado y usado para hacer plásticos.

En última instancia, tal catalizador ayudará en el reciclaje a gran escala del CO2. La idea es capturar el CO2 producido por instalaciones industriales como las centrales eléctricas, la fabricación de cemento o directamente del aire, y convertirlo en otros compuestos de carbono útiles. Esto requiere un catalizador eficiente que sea fácil de producir y regenerar, y lo suficientemente barato para operar a escala industrial. Este nuevo catalizador es un candidato prometedor, dicen los investigadores.

"Estábamos trabajando con catalizadores a escala de laboratorio para nuestros experimentos, pero se podía producir un catalizador de prácticamente cualquier tamaño usando el método desarrollado", dijo Palmore.

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