El Laboratorio Yabu de la Universidad Tohoku ha presentado una innovadora estrategia que promete revolucionar la eficiencia de los electrocatalizadores. Utilizando la tetracianina de cobalto (CoTAP), este enfoque ha logrado una actividad de masa 3.77 veces superior a la del CoPc, un catalizador anterior. Los hallazgos han sido publicados en la revista Small y representan un avance significativo en la eficiencia y rentabilidad de los catalizadores que transforman el dióxido de carbono (CO₂) en formas más útiles.
La reducción de emisiones de CO₂ es uno de los desafíos globales más apremiantes. Una posible solución es la reducción electroquímica de CO₂ (ECR), un proceso que convierte este gas en materias primas valiosas como el monóxido de carbono (CO). Este método se apoya en el reciclaje de carbono impulsado por energía renovable, lo que lo convierte en una opción prometedora en la lucha contra el cambio climático. Sin embargo, la ECR requiere catalizadores con alta selectividad, y los utilizados actualmente suelen estar fabricados con metales nobles, lo que encarece el proceso y limita su eficacia.
Innovaciones en el campo de los catalizadores
Para abordar estos problemas, el Laboratorio Yabu había desarrollado previamente dos estrategias: la cristalización directa de M-Pcs, pigmentos azules económicos, y la cristalización sobre materiales de carbono. Estas técnicas han logrado una alta eficiencia en la conversión de CO₂ a CO y una buena durabilidad. No obstante, se requieren mejoras adicionales en actividad, durabilidad y actividad de masa, que es la capacidad de mantener un alto rendimiento catalítico con una carga mínima de catalizador.
En este estudio, el equipo de Yabu ha avanzado en la segunda estrategia aplicándola a la CoTAP modificada con piridinico-N, un compuesto que ha despertado interés como catalizador para pilas de combustible y baterías de metal-aire. CoTAP es un derivado de CoPc en el que los cuatro anillos de benceno se reemplazan por anillos de piridina, lo que se espera que fortalezca las interacciones electrostáticas con las moléculas de CO₂ y mejore la adsorción en los sitios catalíticos.
El equipo cristalizó tanto el CoPc como el CoTAP sobre la superficie del material de carbono conductor Ketjen Black (KB), los recubrió en electrodos de difusión de gas y realizó pruebas de ECR. Los electrodos de CoTAP alcanzaron una eficiencia Faradaica superior al 98% para la conversión de CO₂ a CO, permitiendo una electrólisis de alta velocidad con densidades de corriente superiores a 1 A/cm² y manteniendo la durabilidad durante 112 horas a 150 mA/cm².
La CoTAP también exhibió una actividad de masa 3.77 veces mayor que la de CoPc, lo que demuestra un rendimiento superior con menos catalizador. Este rendimiento excepcional se atribuye a su menor resistencia eléctrica y mayor conductividad en comparación con los cristales de CoPc. Según Hiroshi Yabu, «comparado con los catalizadores basados en M-Pc previamente reportados, CoTAP ha ofrecido resultados extraordinarios en todos los parámetros, incluyendo densidad de corriente máxima, frecuencia de recambio, durabilidad, actividad de masa y eficiencia Faradaica».
Este avance no solo ofrece una vía para reducir la dependencia de metales nobles costosos, sino que también puede disminuir el costo energético de la utilización de CO₂ y acelerar el desarrollo de tecnologías de captura y utilización de carbono de próxima generación. Este descubrimiento abre un camino práctico hacia la transformación del CO₂ residual en recursos valiosos, contribuyendo a la transición de la sociedad hacia un futuro más limpio y sostenible.
Más información:
Tengyi Liu et al, Ampere‐Level Electrosynthesis of CO via Well‐Defined Pyridinic‐N Incorporated Cobalt Phthalocyanine, Small (2025). DOI: 10.1002/smll.202507824
Información de la revista:
Small
