20.12.2021 - Chinese Academy of Sciences

Un nuevo electrocatalizador potencia la síntesis de urea a partir de CO2 y N2

Un equipo de investigación dirigido por el profesor ZHANG Guangjin, del Instituto de Ingeniería de Procesos (IPE) de la Academia China de Ciencias, ha fabricado un novedoso electrocatalizador de InOOH con pares de Lewis frustrados (FLP) únicos para la síntesis eficiente de urea en condiciones ambientales.

El proceso industrial de fijación de nitrógeno (N2), es decir, el proceso de síntesis de aminoácidos, consume una gran cantidad de energía y produce una gran cantidad de dióxido de carbono (CO2) debido a las duras condiciones de reacción.

Las reacciones electroquímicas de acoplamiento C-N en condiciones ambientales pueden realizar tanto la fijación de N2 como la conversión deCO2 en moléculas de urea de valor añadido, resolviendo así el problema de las excesivas emisiones deCO2 durante el proceso de fijación de N2. Sin embargo, esta estrategia sigue siendo un reto debido a la baja actividad catalítica y selectividad del catalizador.

Los FLP están compuestos por un ácido de Lewis y una base de Lewis a los que se les impide estéricamente la formación de enlaces. "Los FLP poseen la capacidad de quimisorberse y reaccionar con varias moléculas de gas. Pueden capturar y reaccionar con N2 yCO2, formando así una nueva estrategia para la electrosíntesis de la urea", dijo el profesor ZHANG.

En este estudio, los investigadores sintetizaron nanopartículas de InOOH similares a las del arroz acopladas a FLPs bien definidos (es decir, In---In-OH), logrando así una tasa de rendimiento de urea de 6,85 mmol h-1 g-1.

Los sitios Lewis ácidos de In, deficientes en electrones, y Lewis básicos de In-OH, ricos en electrones, lograron la quimisorción de las moléculas de N2 yCO2, respectivamente, por interacción electrónica.

Los orbitales de enlace y antienlace de las moléculas reactivas interactuaron con los orbitales desocupados del ácido de Lewis y los orbitales no enlazantes de la base de Lewis para generar los intermediarios deseados para la síntesis de urea en los FLP artificiales.

Los investigadores utilizaron la voltamperometría de barrido lineal para evaluar preliminarmente el rendimiento potencial de la electrosíntesis de urea con híbridos de IOOH.

Los resultados mostraron que los híbridos de InOOH mostraron un buen rendimiento en la reacción electrocatalítica de reducción de nitrógeno y en la reacción de reducción deCO2, asegurando así la viabilidad del proceso de producción electrocatalítica de urea.

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