La catálisis del CO2 se hace más accesible
Un aerogel basado en una aleación económica como electrocatalizador para la fijación del carbono
Muchos procesos industriales emiten dióxido de carbono a la atmósfera. Pero, por desgracia, los actuales métodos de separación electroquímica son caros y consumen grandes cantidades de energía. Además, requieren metales caros y raros como catalizadores. Un estudio publicado en la revista Angewandte Chemie describe un nuevo electrocatalizador de aerogel formado a partir de una aleación metálica barata, que permite una conversión electroquímica muy eficaz del dióxido de carbono. El producto principal es el ácido fórmico, una sustancia química básica no tóxica.
© Wiley-VCH
Capturar y fijar químicamente el dióxido de carbono de los procesos industriales sería un gran paso hacia la neutralidad del carbono. Para evitar que el famoso gas de efecto invernadero se escape al aire, se puede comprimir y almacenar. Otra opción es la conversión electroquímica para dar otros compuestos de carbono.
Sin embargo, debido al elevado consumo de energía y al coste de los catalizadores, los métodos de separación electroquímica no pueden utilizarse a escala industrial. Por ello, Tianyi Ma, de la Universidad Tecnológica de Swinburne, en Hawthorn (Australia), y sus colegas investigaron materiales de sustitución. Los electrocatalizadores que se utilizan actualmente están hechos de metales preciosos como el platino y el renio. Catalizan con gran eficacia los procesos electroquímicos de fijación del carbono, pero también son muy caros.
Los autores descubrieron que los metales no preciosos estaño y bismuto pueden formar aerogeles, que son materiales increíblemente ligeros con propiedades catalizadoras especialmente prometedoras. Los aerogeles contienen una red ultraporosa que favorece el transporte de electrolitos. También ofrecen abundantes lugares donde pueden tener lugar los procesos electroquímicos.
Para producir los aerogeles, el equipo mezcló una solución de sales de bismuto y estaño con un agente reductor y un estabilizador. La simple agitación de esta mezcla dio lugar a un hidrogel estable de una aleación de bismuto y estaño tras seis horas a temperatura ambiente. Un sencillo proceso de liofilización produjo el aerogel, formado por nanohilos sueltos y ramificados.
Los autores descubrieron que el aerogel bimetálico se comportaba extraordinariamente bien en la conversión del dióxido de carbono. En comparación con el bismuto puro, el estaño puro o la aleación no liofilizada, se observó una densidad de corriente significativamente mayor. La conversión tuvo lugar con una eficiencia del 93%, que fue al menos tan eficiente, si no más, que los materiales estándar utilizados actualmente, lo que indica un proceso de bajo desperdicio.
El proceso mostró "una excelente selectividad y estabilidad para la producción de ácido fórmico a presión normal y a temperatura ambiente". Los únicos subproductos fueron el monóxido de carbono y el hidrógeno formado en cantidades minúsculas. Los autores explican que esta selectividad y estabilidad fueron el resultado de las condiciones energéticas de la superficie de la aleación. En ella, las moléculas de dióxido de carbono se acumulan de tal manera que el átomo de carbono queda libre para unirse a los átomos de hidrógeno de las moléculas de agua. Esto da lugar al ácido fórmico como producto favorecido.
Esta investigación apunta a perspectivas futuras positivas para otras combinaciones de metales. Es probable que otros metales no preciosos se conviertan en aerogeles, formando catalizadores baratos, no tóxicos y muy eficaces para la reducción electroquímica del dióxido de carbono.
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