MADRID, 11 (EUROPA PRESS)
Este descubrimiento, basado en el uso de micropartículas de estaño sostenidas por una estructura de carbono nanotexturizada, ofrece un modelo para diseñar electrocatalizadores de próxima generación, según los autores, un equipo colaborativo de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham y la Universidad de Birmingham.
Las interacciones entre las partículas de estaño y las nanofibras de carbono grafitizadas desempeñan un papel fundamental en la transferencia de electrones desde el electrodo de carbono a las moléculas de CO2, un paso esencial en la conversión de CO2 en formato bajo un potencial eléctrico aplicado.
Los hallazgos de esta investigación se publican en ACS Applied Energy Materials.
El CO2 es el principal contribuyente al calentamiento global. Si bien el CO2 se puede convertir en productos útiles, los métodos térmicos tradicionales generalmente dependen del hidrógeno proveniente de combustibles fósiles. Por lo tanto, es esencial desarrollar métodos alternativos como la electrocatálisis, que utiliza fuentes de energía sostenibles, como la fotovoltaica y la eólica, así como la abundante disponibilidad de agua como fuente de hidrógeno.
En la electrocatálisis, la aplicación de un potencial eléctrico al catalizador impulsa los electrones a través del material para reaccionar con el CO2 y el agua, produciendo compuestos valiosos. Uno de estos productos, el formiato, se utiliza ampliamente en la síntesis química de polímeros, productos farmacéuticos, adhesivos y más. Para una eficiencia óptima, este proceso debe funcionar a bajo potencial mientras se mantiene una alta densidad de corriente y selectividad, asegurando el uso eficaz de los electrones para convertir el CO2 en los productos deseados.
El Dr. Madasamy Thangamuthu, investigador de la Universidad de Nottingham, codirigió el equipo de investigación, dijo en un comunicado: "Un electrocatalizador exitoso debe unirse fuertemente a la molécula de CO2 e inyectar electrones de manera eficiente para romper sus enlaces químicos. Desarrollamos un nuevo tipo de electrodo de carbono que incorpora nanofibras grafitadas con una textura a escala nanométrica, con superficies curvas y bordes escalonados, para mejorar la interacción con las partículas de estaño".
Tom Burwell, asistente de investigación de la Universidad de Nottingham, realizó el trabajo mientras estudiaba en el Centro de Formación de Doctorado en Química Sostenible. Él desarrolló el método y llevó a cabo el trabajo experimental. "Podemos evaluar el rendimiento del catalizador midiendo la corriente eléctrica consumida por las moléculas de CO2 que reaccionan. Normalmente, los catalizadores se degradan durante el uso, lo que da como resultado una disminución de la actividad.
"Sorprendentemente, observamos que la corriente que fluye a través del estaño sobre el carbono nanotexturizado aumentó de forma continua durante 48 horas. El análisis de los productos de reacción confirmó que casi todos los electrones se utilizaron para reducir el CO2 a formato, lo que aumentó la productividad en un factor de 3,6 mientras se mantenía una selectividad de casi el 100 %".
Los investigadores vincularon esta autooptimización a la descomposición de las micropartículas de estaño en nanopartículas, tan pequeñas como 3 nanómetros, durante la reacción de reducción del CO2. Tom Burwell explicó: "Usando microscopía electrónica, descubrimos que las partículas de estaño más pequeñas lograron un mejor contacto con el carbono nanotexturizado del electrodo, mejorando el transporte de electrones y aumentando el número de centros de estaño activos casi diez veces".
Este comportamiento transformador difiere significativamente de estudios anteriores, donde los cambios estructurales en los catalizadores a menudo se consideran perjudiciales. En cambio, el soporte diseñado en el catalizador desarrollado por el equipo de Nottingham permite una adaptación dinámica del estaño y un mejor rendimiento.