Liberar el potencial del níquel
Un nuevo estudio revela cómo utilizar átomos individuales para convertir el CO2 en valiosos recursos químicos
Un estudio publicado en Physical Review Letters por el Departamento de Ciencias de la Interfaz del Instituto Fritz Haber ha revelado nuevos conocimientos sobre la reducción electrocatalítica del CO2 utilizando catalizadores a base de níquel. La investigación, dirigida por el Dr. Janis Timoshenko y la Prof. Dra. Beatriz Roldán Cuenya, supone un avance significativo en la búsqueda de tecnologías de conversión de CO2 sostenibles y eficientes destinadas a cerrar el ciclo artificial del carbono.
© FHI
Entender el avance
Los catalizadores de carbono codopado con níquel y nitrógeno (Ni-N-C) han demostrado un rendimiento excepcional en la conversión de CO2 en CO, una valiosa materia prima química. Sin embargo, hasta ahora no se conocía con exactitud el mecanismo de funcionamiento de estos catalizadores. El estudio "Unveiling the Adsorbate Configurations in Ni Single Atom Catalysts during CO2 Electrocatalytic Reduction using Operando XAS, XES and Machine Learning" proporciona información experimental directa sobre la naturaleza de los adsorbatos (moléculas que se adhieren a la superficie del catalizador) que se forman en los sitios de níquel y la estructura evolutiva de los sitios activos durante la reacción de reducción de CO2 (CO2RR).
Cómo lo hicieron
El equipo de investigación empleó técnicas avanzadas como la espectroscopia de absorción de rayos X duros operando (XAS) y la espectroscopia de emisión de rayos X de valencia a núcleo (vtc-XES) para observar los catalizadores en acción. Estos métodos avanzados, combinados con el aprendizaje automático y la teoría del funcional de la densidad, permitieron al equipo cartografiar la estructura atómica y electrónica local de los catalizadores con un detalle sin precedentes. Este trabajo ilustra el poder de un enfoque de caracterización operando multitécnico combinado con el aprendizaje automático y la modelización para extraer una visión mecanicista en profundidad.
Por qué es importante
Comprender cómo interactúan los catalizadores de níquel con el CO2 a nivel atómico es crucial para su diseño racional con el fin de mejorar su eficiencia y selectividad. Este conocimiento puede conducir al desarrollo de catalizadores más eficaces y duraderos, haciendo que el proceso de reducción del CO2 sea más viable para aplicaciones industriales. En esencia, esta investigación contribuye a allanar el camino para convertir el CO2, un gas de efecto invernadero, en recursos valiosos como el monóxido de carbono (CO), que puede utilizarse en diversos procesos industriales, incluidos aquellos en los que puede combinarse con hidrógeno verde procedente de la electrólisis del agua para la síntesis de hidrocarburos de alto orden.
Imagínese intentar hornear un pastel perfecto sin saber cómo interactúan los ingredientes en el horno y cómo sube el pastel o acaba quemándose durante la cocción. En la analogía del horno, uno puede ver a través de una ventana y utilizar la información visual para hacer cambios en la temperatura y el tiempo de horneado. El presente estudio es como tener una cámara de alta tecnología que permite ver exactamente cómo se mezclan y cambian los ingredientes al hornearse, lo que permite ajustar la receta (y/o las condiciones del horno) mientras se hornea para obtener los mejores resultados. Del mismo modo, al comprender cómo interactúa el CO2 con los catalizadores de níquel, los científicos pueden afinar el proceso para generar los productos deseados de forma más eficiente.
De cara al futuro
Este estudio no sólo mejora nuestro conocimiento de los catalizadores a base de níquel, sino que también prepara el terreno para futuros avances en las tecnologías de reducción del CO2. Al proporcionar una imagen detallada del funcionamiento de estos catalizadores, la investigación abre nuevas posibilidades para diseñar sistemas aún más eficientes de conversión del CO2 en productos valiosos.
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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