Una publicación reciente en Comunicaciones de la naturaleza Investigadores del Departamento de Ciencia de Interfaces del Instituto Fritz Haber han logrado un nuevo avance en la lucha contra el cambio climático. Su estudio, “Formación de agrupaciones metálicas reversibles sobre carbono dopado con nitrógeno con tamaño de partícula de electrocatalizador controlado con precisión subnanométrica”, muestra un nuevo enfoque para comprender el mecanismo del dióxido de carbono (CO).2Reutilización de combustibles y productos químicos. Este trabajo allana el camino para una mayor optimización de este proceso catalítico impulsado por electricidad renovable.
El objetivo de este descubrimiento radica en las interesantes propiedades de los catalizadores que contienen átomos de cobre y nitrógeno ultradispersos incrustados en carbono. durante el CO electrocatalítico2 Reducción (CO2RR), que es el proceso utilizado para convertir CO2 En los productos químicos funcionales, estos catalizadores pueden cambiar dinámicamente de tener cobre como átomo a formar pequeños grupos y partículas metálicas, llamadas nanopartículas, y viceversa, una vez que el potencial eléctrico aplicado se ha elevado o cambia a un valor más positivo. El control de esta transformación reversible proporciona la clave para impulsar la composición del catalizador y, a su vez, controla el resultado de CO.2Proceso RR, ya que la selectividad del producto depende de la estructura del catalizador.
La capacidad de controlar el tamaño y la composición de las partículas del catalizador resuelve un desafío importante en la mejora del CO.2Tecnología RR para uso práctico. Anteriormente, la amplia distribución de diferentes productos de reacción dificultaba la producción eficiente de productos químicos y combustibles industrialmente relevantes. Esta investigación presenta un método para controlar con precisión la distribución de CO.2Productos RR manipulando la condición del catalizador. Además, el proceso desarrollado permite a los investigadores comprender qué características estructurales del catalizador son responsables de la producción de productos de reacción específicos.
¿Cómo funciona el proceso?
Esta técnica implica alternar pulsos eléctricos. El CO requiere un potencial negativo (catódico) aplicado para conducir.2 transformación, pero también induce la formación de nanopartículas de cobre. El pulso resultante de potencial más positivo (anódico), a su vez, invierte este proceso, rompiendo las nanopartículas nuevamente en átomos individuales. Al variar la duración de estos pulsos, los investigadores pueden ajustar el tamaño de las nanopartículas formadas y controlar si el catalizador existe principalmente como átomos individuales, grupos de metales ultrapequeños o grandes nanopartículas metálicas de cobre. Cada forma de catalizador es más adecuada para producir CO diferente.2Productos RR. Por ejemplo, los átomos de cobre individuales son eficientes para la producción de hidrógeno, los grupos pequeños favorecen el metano y las nanopartículas grandes son mejores para la producción de etileno.
Para monitorear y ajustar la conversión del catalizador en tiempo real, el equipo utilizó espectroscopía de absorción rápida de rayos X. Esta técnica avanzada basada en sincrotrón permite a los científicos observar el catalizador a medida que cambia durante la reacción con una resolución temporal inferior a un segundo, lo que garantiza condiciones óptimas para el CO deseado.2Productos RR.
Implicaciones para futuras investigaciones científicas
Este estudio no solo proporciona una comprensión más profunda del comportamiento del catalizador y los cambios estructurales drásticos que pueden ocurrir durante la operación, sino que también arroja luz sobre el CO.2 reacción de reducción (CO2RR), ilustra cómo el control de la estructura del catalizador puede afectar el proceso. Si bien la investigación arroja luz sobre posibles vías de aplicación tecnológica para la reducción de gases de efecto invernadero y la producción de productos químicos y combustibles más ecológicos, es principalmente un avance importante en la investigación científica, que sienta las bases para futuros desarrollos en este campo.
