Un estudio pionero realizado por el Departamento de Ciencia de Interfaces del Instituto Fritz Haber y el Instituto de Investigaciones Químicas de Cataluña ha sido publicado en la revista poder de la naturaleza. La investigación aprovecha la teoría y los métodos espectroscópicos avanzados para arrojar luz sobre los complejos procesos implicados en la conversión de dióxido de carbono (CO).2) en sustancias químicas valiosas como etileno y etanol. Esta investigación es muy prometedora para promover prácticas sostenibles en la industria química.
CO2 Reducción: un camino hacia sustancias químicas valiosas
Reducción electroquímica de CO2 (CO2RR) es una tecnología prometedora que utiliza electricidad renovable para convertir CO2 En productos químicos de alto valor, cerrando efectivamente el ciclo del carbono. El etileno y el etanol, el foco de este estudio, son cruciales para la producción de plásticos y combustibles respetuosos con el medio ambiente, respectivamente. Sin embargo, los mecanismos exactos y los pasos intermedios involucrados en esta transformación siguen siendo difíciles de alcanzar. La comprensión mecanicista a priori es crucial para diseñar racionalmente sitios activos, que aquí mostramos no solo están presentes en los precatalizadores sintetizados, sino que pueden crearse y evolucionar durante la reacción mediante interacciones con reactivos y reactivos. intermedio
Hallazgos clave: conocimientos espectroscópicos y respaldo teórico
El equipo de investigación, dirigido por el líder del grupo, el Dr. Arno Bergmann, la Prof. Dra. Beatriz Roldán Queña y la Prof. Dra. Nuria López, empleó espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS) y teoría funcional de densidad (DFT) in situ en cobre ( Cu) electrocatalizadores para investigar las especies moleculares y así obtener información sobre el proceso de reacción. Sus hallazgos revelan que la formación de etileno ocurre cuando ciertos intermedios, conocidos como dímeros *OC-CO(H), se forman en sitios de Cu poco coordinados. Por el contrario, la producción de etanol requiere un entorno de coordinación altamente comprimido y desordenado de los sitios de Cu, el intermediario clave *OCHCH2.
Comprender el papel de la morfología de la superficie.
Uno de los descubrimientos críticos es el papel de la morfología de la superficie en el proceso de reacción. El equipo descubrió que los sitios de Cu insuficientemente coordinados fortalecen la unión de CO, un paso crítico en el proceso de reducción. Estos sitios de Cu, caracterizados por un desorden a nivel atómico, probablemente se forman en condiciones de reacción y hacen que la superficie del catalizador sea más efectiva, lo que conduce a un mejor rendimiento en la producción de etileno y etanol.
Estos resultados tienen implicaciones importantes para la industria química, particularmente en la producción de plásticos y combustibles. Al comprender las condiciones específicas y los intermediarios necesarios para la producción selectiva de etileno y etanol, los investigadores pueden diseñar catalizadores más eficientes y sostenibles. Esto podría conducir a formas más eficientes de utilizar CO2Reducir la huella de carbono de los procesos de fabricación de productos químicos.
El estudio fue un esfuerzo colaborativo con el apoyo teórico de un grupo de investigación en España. Esta asociación permite una investigación integral, combinando enfoques experimentales y teóricos para una comprensión detallada del CO.2 proceso de reducción.
La investigación llevada a cabo por el Instituto Fritz Haber y el Departamento de Ciencia de Interface del Instituto de Investigaciones Químicas de Cataluña supone un paso importante en el campo del CO2 Al descubrir intermediarios clave y sitios activos involucrados en la producción reductora de etileno y etanol, esta investigación proporciona una base para el desarrollo de procesos catalíticos más eficientes y sostenibles. Los resultados no sólo avanzan el conocimiento científico sino que también proporcionan soluciones prácticas para reducir el CO2 Promoción de emisiones y producción química sostenible.