15.09.2022 - Shandong University

Combustible a partir de un gas de efecto invernadero

Átomos de oro individuales catalizan la metanización selectiva del dióxido de carbono

Un paso hacia la neutralidad del dióxido de carbono (CO2) y la mitigación tanto del efecto invernadero como de la crisis energética sería convertirel CO2 en combustibles basados en hidrocarburos como el metano utilizando la luz. En la revista Angewandte Chemie, un equipo de investigación chino ha presentado un fotocatalizador muy eficaz basado en átomos de oro para hacer posible esta transformación.

La conversión fotocatalítica delCO2 se produce mediante una serie de procesos en los que se transfieren electrones. Esto puede dar lugar a diversos productos, como monóxido de carbono (CO), metanol (CH3OH), metano (CH4) y otros hidrocarburos. En el camino delCO2 al CH4 deben transferirse ocho electrones, más que en otros productos C1. El metano es el producto final termodinámicamente favorable, pero la reacción competidora para formar CO sólo requiere dos electrones y es mucho más rápida, por lo que se ve favorecida cinéticamente. Por tanto, la metanización efectiva y selectiva es un reto especial.

Un equipo dirigido por Hefeng Cheng (Universidad de Shandong, Jinan, China) y sus colaboradores ha desarrollado un método práctico para convertir eficazmenteel CO2 en CH4 utilizando la energía solar. La clave de su éxito es un nuevo catalizador con átomos de oro individuales. Dado que los átomos de oro se agregan en los métodos de preparación convencionales, el equipo desarrolló una nueva estrategia que utiliza un intercambio complejo para producir el catalizador.

Debido a sus estructuras electrónicas únicas, los catalizadores de un solo átomo se comportan de forma diferente a las nanopartículas metálicas convencionales. Además, cuando se fijan a un soporte adecuado, casi todos los átomos individuales están disponibles como centros catalíticos activos. En este nuevo catalizador, los átomos individuales de oro están anclados a una nanocapa ultrafina de sulfuro de zinc e indio y cada uno está coordinado con sólo dos átomos de azufre. Bajo la luz solar, el catalizador demostró ser muy activo con una selectividad de CH4 del 77%.

Un fotosensibilizador (un complejo de rutenio) absorbe la luz, se excita y acepta un electrón que pone a disposición un donante de electrones (trietanolamina). A continuación, pasa el electrón al catalizador. Los átomos de oro de la superficie del soporte actúan como "bombas de electrones". Capturan los electrones de forma mucho más eficaz que las nanopartículas de oro y los transfieren a las moléculas deCO2 y a los productos intermedios.

La caracterización detallada y los cálculos revelan que el catalizador activa las moléculas deCO2 en un grado mucho mayor que las nanopartículas de oro, adsorbe más fuertemente los intermedios excitados de *CO, disminuye la barrera de energía para la unión de iones de hidrógeno y estabiliza el intermedio *CH3. Esto permite que el CH4 sea el producto favorecido y minimiza la liberación de CO.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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