Los investigadores encuentran una nueva forma de convertir el dióxido de carbono en una fuente de combustible utilizable.
La concentración de dióxido de carbono en nuestra atmósfera aumenta constantemente, y muchos científicos creen que está causando impactos en nuestro medio ambiente. Recientemente, los científicos han buscado formas de recuperar parte del carbono en la atmósfera y potencialmente convertirlo en combustible utilizable,- lo que sería un santo grial para la producción sostenible de energía.
En un estudio reciente del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, los científicos han utilizado la luz solar y un catalizador en gran parte de cobre para transformar el dióxido de carbono en metanol. Un combustible líquido, el metanol ofrece el potencial para que la industria encuentre unfuente adicional para satisfacer las necesidades energéticas de Estados Unidos.
El estudio describe un fotocatalizador hecho de óxido cuproso Cu 2 O, un semiconductor que cuando se expone a la luz puede producir electrones que están disponibles para reaccionar o reducir muchos compuestos.Después de excitarse, los electrones dejan un agujero positivo en la banda de valencia de baja energía del catalizador que, a su vez, puede oxidar el agua.
"Este fotocatalizador es particularmente emocionante porque tiene una de las bandas de conducción más negativas que hemos usado, lo que significa que los electrones tienen más energía potencial disponible para hacer reacciones", dijo Argonne, distinguida compañera Tijana Rajh, autora deestudiar.
Los intentos anteriores de usar fotocatalizadores, como el dióxido de titanio, para reducir el dióxido de carbono tendían a producir una mezcla completa de varios productos, que iban desde aldehídos hasta metano. La falta de selectividad de estas reacciones dificultaba la segregación de un combustible utilizablecorriente, explicó Rajh.
"El dióxido de carbono es una molécula tan estable y resulta de la quema de prácticamente todo, así que la pregunta es cómo combatimos la naturaleza y pasamos de un producto final realmente estable a algo útil y rico en energía", dijo Rajh.
La idea de transformar el dióxido de carbono en energía útil proviene del único lugar de la naturaleza en el que esto sucede regularmente. "Tuvimos la idea de copiar la fotosíntesis, que usa dióxido de carbono para producir alimentos, entonces, ¿por qué no podríamos usarlo para hacercombustible ", dijo Rajh." Resulta ser un problema complejo, porque para hacer metanol, no se necesita solo un electrón sino seis ".
Al cambiar de dióxido de titanio a óxido cuproso, los científicos desarrollaron un catalizador que no solo tenía una banda de conducción más negativa, sino que también sería mucho más selectivo en términos de sus productos. Esta selectividad resulta no solo de la química del óxido cuproso sino tambiénde la geometría del catalizador en sí.
"Con la nanociencia, comenzamos a tener la capacidad de entrometernos con las superficies para inducir ciertos puntos calientes o cambiar la estructura de la superficie, causar tensión o ciertos sitios de la superficie para exponerse de manera diferente de lo que están en la masa", dijo Rajh.
Debido a esta "intromisión", el investigador postdoctoral Rajh y Argonne, Yimin Wu, ahora profesor asistente en la Universidad de Waterloo, logró crear un catalizador con un poco de personalidad dividida. Las micropartículas de óxido cuproso que desarrollaron tienen diferentes facetas,al igual que un diamante tiene diferentes facetas. Muchas de las facetas de la micropartícula son inertes, pero una es muy activa en la reducción del dióxido de carbono a metanol.
Según Rajh, la razón por la cual esta faceta es tan activa radica en dos aspectos únicos. Primero, la molécula de dióxido de carbono se une a ella de tal manera que la estructura de la molécula se dobla ligeramente, disminuyendo la cantidad de energía que tomaen segundo lugar, las moléculas de agua también se absorben muy cerca de donde se absorben las moléculas de dióxido de carbono.
"Para producir combustible, no solo es necesario reducir el dióxido de carbono, sino que también se debe oxidar el agua", dijo Rajh. "Además, la conformación de adsorción en la fotocatálisis es extremadamente importante, si tiene unomolécula de dióxido de carbono absorbida de una manera, podría ser completamente inútil. Pero si está en una estructura doblada, reduce la energía para reducirse ".
Los científicos de Argonne también utilizaron microscopía de rayos X de fluorescencia de barrido en la Fuente avanzada de fotones APS de Argonne y microscopía electrónica de transmisión en el Centro de materiales a nanoescala CNM para revelar la naturaleza de las micropartículas facetadas de óxido cuproso. El APS y el CNM son ambosInstalaciones de usuario de la Oficina de Ciencias del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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