Los investigadores han transformado con éxito el COdos en metanol al hacer brillar la luz solar sobre átomos de cobre individuales depositados en un material activado por luz, un descubrimiento que allana el camino para la creación de nuevos combustibles ecológicos.
Un equipo internacional de investigadores de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, la Universidad de Birmingham, la Universidad de Queensland y la Universidad de Ulm han diseñado un material elaborado a partir de cobre anclado en nitruro de carbono nanocristalino. Los átomos de cobre están anidados dentro de la estructura nanocristalina, lo que permite que los electrones pasen del nitruro de carbono al CO.dosun paso esencial en la producción de metanol a partir de COdos bajo la influencia de la irradiación solar. La investigación fue publicada en el Sustainable Energy & Fuels Journal of Real Sociedad Química.
En la fotocatálisis, la luz incide sobre un material semiconductor que excita los electrones, permitiéndoles viajar a través del material para reaccionar con el CO.dos y agua, lo que da lugar a una variedad de productos útiles, incluido el metanol, que es un combustible ecológico. A pesar de los recientes avances, este proceso adolece de falta de eficiencia y selectividad.
El dióxido de carbono es el mayor contribuyente al calentamiento global. Aunque es posible convertir COdos Para obtener productos útiles, los métodos térmicos tradicionales dependen del hidrógeno procedente de combustibles fósiles. Es importante desarrollar métodos alternativos basados en fotocatálisis y electrocatálisis, aprovechando la energía solar sostenible y la abundancia de agua en todas partes.
Dr. Madasamy Thangamuthu, investigador de escuela de quimica, Universidad de Nottinghamquien codirigió el equipo de investigación, dijo: «Existe una amplia variedad de materiales diferentes utilizados en la fotocatálisis. Es importante que el fotocatalizador absorba la luz y separe los portadores de carga con alta eficiencia. En nuestro enfoque, controlamos el material en el » Hemos desarrollado una nueva forma de nitruro de carbono con dominios cristalinos a nanoescala que permiten una interacción eficiente con la luz, así como una separación de carga suficiente».
Los investigadores desarrollaron un proceso para calentar nitruro de carbono hasta el grado de cristalinidad necesario, maximizando las propiedades funcionales de este material para la fotocatálisis. Utilizando pulverización catódica con magnetrón, depositaron cobre atómico en un proceso sin disolventes, lo que permitió un contacto íntimo entre el semiconductor y los átomos metálicos.
Tara LeMercier, estudiante de doctorado que llevó a cabo el trabajo experimental en la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, dijo: «Medimos la corriente generada por la luz y la utilizamos como criterio para juzgar la calidad del catalizador. Incluso sin cobre , la nueva forma de nitruro de carbono es 44 veces más activa que el nitruro de carbono tradicional. Sin embargo, para nuestra sorpresa, la adición de sólo 1 mg de cobre por 1 g de nitruro de carbono cuadruplicó esta eficiencia. Lo más importante es que la selectividad cambió en relación con metano, otro gas de efecto invernadero, hasta metanol, un valioso combustible verde».
Profesor Andréi Khlobystov, escuela de quimica, Universidad de Nottinghamdijo: «Recuperar dióxido de carbono es clave para lograr la ambición neta cero del Reino Unido. Es de vital importancia garantizar la sostenibilidad de nuestros materiales catalizadores para esta importante reacción. Una ventaja importante del nuevo catalizador es que consta de elementos de fuentes sostenibles: carbono , nitrógeno y cobre, todos ellos muy abundantes en nuestro planeta”.
Esta invención representa un paso significativo hacia una comprensión profunda de los materiales fotocatalíticos en CO.dosconversión. Abre un camino para la creación de catalizadores altamente selectivos y sintonizables, donde el producto deseado se puede obtener controlando el catalizador a nanoescala.
Este trabajo está financiado por el programa de subvenciones EPSRC 'Átomos metálicos en superficies e interfaces (MASI) para un futuro sostenible' www.masi.ac.uk cuyo objetivo es desarrollar materiales catalizadores para la conversión de tres moléculas clave (dióxido de carbono, hidrógeno y amoníaco) de crucial importancia para la economía y el medio ambiente. Los catalizadores MASI se fabrican con eficiencia atómica para garantizar el uso sostenible de elementos químicos sin agotar el suministro de elementos raros y producir la mayoría de los elementos abundantes de la Tierra, como el carbono y los metales básicos.
La Universidad de Nottingham se dedica a defender las tecnologías verdes y sostenibles. oh Clúster Carbono Cero se estableció en East Midlands para acelerar el desarrollo y la implementación de la innovación en industrias ecológicas y manufactura avanzada.
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