Producción de grafeno a partir de dióxido de carbono
Síntesis directa del grafeno de materiales tecnológicos a partir de gases de efecto invernadero Dióxido de carbono
El público en general conoce el compuesto químico del dióxido de carbono como un gas de efecto invernadero en la atmósfera y por su efecto de calentamiento global. Sin embargo, el dióxido de carbono también puede ser una materia prima útil para las reacciones químicas. Un grupo de trabajo del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ha informado sobre esta aplicación inusual en la revista ChemSusChem. Están utilizando el dióxido de carbono como materia prima para producir grafeno, un material tecnológico que actualmente es objeto de un intenso estudio.
El dióxido de carbono (rojo-negro) y el hidrógeno (gris) reaccionan catalíticamente al grafeno (negro) en superficies de cobre-paladio.
E. Moreno-Pineda, KIT
La combustión de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo produce energía para la electricidad, el calor y la movilidad, pero también conduce a un aumento de la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera y, por lo tanto, al calentamiento global. La reducción de esta cadena causal es lo que motiva a los científicos a buscar fuentes de energía alternativas, pero también usos alternativos del dióxido de carbono. Una posibilidad podría ser ver el dióxido de carbono como una materia prima barata para la síntesis de materiales valiosos, retroalimentando el ciclo de reutilización - quizás incluso de forma rentable.
Un ejemplo se puede encontrar en la naturaleza. Durante la fotosíntesis en las hojas de las plantas, la combinación de luz, agua y dióxido de carbono crea biomasa, cerrando el ciclo natural del material. En este proceso, la enzima de base metálica RuBisCo absorbe el dióxido de carbono del aire y lo hace utilizable para las reacciones químicas posteriores en la planta. Inspirados por esta conversión natural a base de enzimas metálicas, los investigadores de KIT presentan ahora un proceso en el que el dióxido de carbono y el gas de efecto invernadero junto con el gas hidrógeno se convierten directamente en grafeno a temperaturas de hasta 1000 grados centígrados con la ayuda de superficies metálicas especialmente preparadas y catalíticamente activas.
El grafeno es la forma bidimensional del elemento químico carbono, que tiene interesantes propiedades eléctricas y es, por tanto, una opción para los nuevos componentes electrónicos del futuro. Su descubrimiento y trabajabilidad en 2004 condujo a una investigación intensiva a nivel mundial y les valió a los descubridores, Andre Geim y Konstanin Novoselov, el Premio Nobel de Física en 2010. Los dos extrajeron el grafito manualmente de un bloque de grafito utilizando cinta adhesiva.
Varios grupos de trabajo de KIT han colaborado para presentar un método en la revista ChemSusChem para separar el grafeno del dióxido de carbono y del hidrógeno por medio de un catalizador metálico. "Si la superficie metálica presenta la proporción correcta de cobre y paladio, la conversión de dióxido de carbono en grafeno tendrá lugar directamente en un simple proceso de un solo paso", explica el jefe del estudio, el profesor Mario Ruben, del grupo de trabajo Molekulare Materialien del Instituto de Nanotecnología (INT) y del Instituto de Química Inorgánica (AOC) del KIT. En experimentos posteriores los investigadores fueron capaces de producir grafeno de varias capas de espesor, lo que podría ser interesante para posibles aplicaciones en baterías, componentes electrónicos o materiales filtrantes. El próximo objetivo de investigación del grupo de trabajo es formar componentes electrónicos funcionales a partir del grafeno así obtenido. Los materiales de carbono como el grafeno y las moléculas magnéticas podrían ser los componentes básicos de los futuros ordenadores cuánticos, que permiten realizar cálculos ultrarrápidos y eficientes desde el punto de vista energético, pero que no se basan en la lógica binaria de los ordenadores actuales.
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