Un equipo de investigación de la Universidad de Nottingham, en colaboración con la Universidad de Birmingham, ha desarrollado un nuevo catalizador sostenible que mejora su actividad durante su uso para convertir dióxido de carbono (CO2) en productos valiosos. Este avance proporciona una base para el diseño de electrocatalizadores de próxima generación, cruciales en la lucha contra el cambio climático.
El catalizador, compuesto por micropartículas de estaño soportadas en una estructura de carbono nanotexturizado, optimiza la transferencia de electrones desde el electrodo de carbono hasta las moléculas de CO2. Este proceso es fundamental para la conversión de CO2 en formiato, un compuesto que tiene aplicaciones en la síntesis química de polímeros, productos farmacéuticos y adhesivos.
Innovaciones en Electrocatalisis
La investigación, publicada en ACS Applied Energy Materials, destaca la necesidad de desarrollar métodos de conversión de CO2 que no dependan de fuentes de hidrógeno derivadas de combustibles fósiles. La electrocatalisis se presenta como una alternativa sostenible, ya que utiliza fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica, junto con la abundante disponibilidad de agua como fuente de hidrógeno.
En este contexto, aplicar un potencial eléctrico al catalizador permite la reacción entre CO2 y agua, generando compuestos útiles. Para maximizar la eficiencia, es necesario que este proceso funcione a bajo potencial, manteniendo una alta densidad de corriente y selectividad, lo que asegura un uso efectivo de los electrones para convertir CO2 en los productos deseados.
El Dr. Madasamy Thangamuthu, investigador de la Universidad de Nottingham, explica que un electrocatalizador exitoso debe unirse firmemente a la molécula de CO2 y ser capaz de inyectar electrones de manera eficiente para romper sus enlaces químicos. Para ello, han desarrollado un nuevo tipo de electrodo de carbono que integra nanofibras grafitizadas con una textura a escala nanométrica, mejorando así la interacción con las partículas de estaño.
Tom Burwell, asistente de investigación y miembro del equipo, menciona que la efectividad del catalizador se mide mediante la corriente eléctrica consumida por las moléculas de CO2 en reacción. A diferencia de los catalizadores tradicionales que tienden a degradarse con el uso, el equipo observó que la corriente a través del estaño sobre el carbono nanotexturizado aumentó continuamente durante 48 horas. Este fenómeno se tradujo en un incremento de la productividad en un factor de 3.6, manteniendo una selectividad cercana al 100% en la reducción de CO2 a formiato.
Los investigadores atribuyen esta autooptimización a la descomposición de las micropartículas de estaño en nanopartículas de tan solo 3 nm durante la reacción de reducción de CO2. Análisis mediante microscopía electrónica mostraron que estas partículas más pequeñas lograron un mejor contacto con el carbono nanotexturizado, mejorando así el transporte de electrones y aumentando el número de centros activos de estaño casi diez veces.
El profesor Andrei Khlobystov, de la misma institución, subraya que el CO2 no solo es un conocido gas de efecto invernadero, sino también una materia prima valiosa para la producción de productos químicos. El diseño de nuevos catalizadores a partir de materiales abundantes en la Tierra, como el carbono y el estaño, es vital para la conversión sostenible de CO2 y para alcanzar los objetivos de emisiones netas cero en el Reino Unido.
Este descubrimiento representa un avance significativo en la comprensión del diseño de soportes para la electrocatalisis. La interacción controlada entre los catalizadores y sus soportes a escala nanométrica establece las bases para el desarrollo de catalizadores altamente selectivos y estables, capaces de convertir CO2 en productos valiosos.
