El catalizador nanoestructurado jerárquicamente poroso 3D ayuda a reducir eficientemente el CO2
Los investigadores del KAIST desarrollaron un catalizador nanoestructurado tridimensional (3D) jerárquicamente poroso con una tasa de conversión de dióxido de carbono (CO2) a monóxido de carbono (CO) hasta 3,96 veces superior a la de los catalizadores de oro nanoporosos convencionales. Este nuevo catalizador ayuda a superar las limitaciones existentes del transporte masivo que ha sido una causa importante de las disminuciones en la tasa de conversión de CO2, manteniendo una fuerte promesa para la conversión electroquímica a gran escala y rentable de CO2 en productos químicos útiles.
Procedimientos de fabricación de varias nanoestructuras de oro a través de técnicas de nanopatternaje de campo de proximidad (PnP) y galvanoplastia.
Professor Seokwoo Jeon and Professor Jihun Oh, KAIST
Ilustración esquemática y vista transversal con la vía de reacción esperada para los electrodos jerárquicamente porosos de oro y de oro nanoporoso.
Professor Seokwoo Jeon and Professor Jihun Oh, KAIST
A medida que las emisiones de CO2 aumentan y los combustibles fósiles se agotan en todo el mundo, la reducción y la conversión electroquímica del CO2 en energía limpia ha atraído una gran atención como una tecnología prometedora. Especialmente debido al hecho de que la reacción de reducción de CO2 se produce de forma competitiva con las reacciones de evolución del hidrógeno (HER) con potenciales redox similares, el desarrollo de un electrocatalizador eficiente para reacciones de reducción de CO2 selectivas y robustas ha seguido siendo una cuestión tecnológica clave.
El oro (Au) es uno de los catalizadores más utilizados en las reacciones de reducción de CO2, pero el alto coste y la escasez de Au suponen un obstáculo para las aplicaciones comerciales masivas. El desarrollo de nanoestructuras ha sido ampliamente estudiado como un enfoque potencial para mejorar la selectividad de los productos objetivo y maximizar el número de sitios estables activos, mejorando así la eficiencia energética.
Sin embargo, los nanoporos de las complejas nanoestructuras previamente reportadas fueron fácilmente bloqueados por burbujas gaseosas de CO durante las reacciones acuosas. Las burbujas de CO obstaculizaban el transporte masivo de los reactivos a través del electrolito, lo que resultaba en bajas tasas de conversión de CO2.
En el estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los EE.UU. (PNAS) el 4 de marzo, un grupo de investigación del KAIST dirigido por el profesor Seokwoo Jeon y el profesor Jihun Oh del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales diseñó una nanoestructura de Au jerárquicamente porosa en 3D con dos tamaños diferentes de macroporos y nanoporos. El equipo utilizó técnicas de nanopatternaje de campo de proximidad (PnP) y de galvanoplastia que son efectivas para fabricar las nanoestructuras 3D bien ordenadas.
La nanoestructura propuesta, compuesta por canales macroporosos interconectados de 200 a 300 nanómetros (nm) de ancho y nanoporos de 10 nm, induce un eficiente transporte de masa a través de los canales macroporosos interconectados, así como una alta selectividad al producir sitios estables altamente activos de numerosos nanoporos.
Como resultado, sus electrodos muestran una alta selectividad de CO del 85,8% a un bajo sobrepotencial de 0,264 V y una actividad de masa eficiente que es hasta 3,96 veces mayor que la de los electrodos nanoporosos de Au sin aleación.
"Se espera que estos resultados resuelvan el problema de la transferencia de masa en el campo de las reacciones electroquímicas similares y pueden aplicarse a una amplia gama de aplicaciones de energía verde para la utilización eficiente de electrocatalizadores", dijeron los investigadores.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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