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Catalizadores misteriosos: ¿Por qué el cobre puede producir una variedad de compuestos de carbono, pero el zinc no?
En el contexto del debate actual sobre el desarrollo energético sostenible, la reducción electroquímica del dióxido de carbono (CO2RR) ha recibido una atención cada vez mayor. Esta tecnología no sólo convierte el dióxido de carbono en una variedad de sustancias químicas, sino que también ayuda a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, entre muchos catalizadores, ¿por qué el cobre puede producir eficazmente diferentes compuestos de carbono, mientras que el zinc no puede hacerlo?
Cualquier progreso tecnológico es inseparable de la selección y aplicación de catalizadores. Las diferencias en los catalizadores afectarán directamente la eficiencia de la reacción y los tipos de productos obtenidos.
CO2RR utiliza energía eléctrica para convertir el dióxido de carbono en más sustancias químicas reductoras. Sus productos incluyen ácido fórmico (HCOO-), monóxido de carbono (CO), metano (CH4), etileno (C2H4) y etanol (C2H5OH). Los desafíos técnicos de este proceso incluyen los altos costos de la electricidad y el hecho de que el dióxido de carbono a menudo contiene impurezas que deben purificarse antes de la reducción. Los primeros experimentos de reducción de CO2 en el siglo XIX utilizaron zinc como cátodo para reducir el dióxido de carbono a monóxido de carbono, y las investigaciones posteriores aumentaron dramáticamente en la década de 1980, especialmente después del embargo petrolero de la década de 1970.
Actualmente, muchas empresas están desarrollando tecnología de reducción electroquímica de dióxido de carbono, incluidas Siemens, Dioxide Materials, Twelve y GIGKarasek. Aunque todavía no existe ningún electrolizador a temperatura ambiente que pueda comercializarse, muchas empresas han lanzado electrolizadores de óxido sólido (SOEC) de alta temperatura y han logrado éxito en el proceso de reducción de CO2 del monóxido de carbono.
La viabilidad comercial de los electrolizadores de óxido sólido de alta temperatura ha demostrado la producción de 6-8 kWh por metro cúbico de CO con una pureza del 99,999%.
En el proceso de reducción electroquímica del CO2, el papel del catalizador es crucial. Aunque muchos catalizadores metálicos no muestran resultados ideales al catalizar la reducción de dióxido de carbono, la mayoría prefiere promover la generación de hidrógeno. Los catalizadores se pueden dividir en diferentes categorías según el producto. Estos incluyen catalizadores selectivos como el estaño o el bismuto que promueven la producción de ácido fórmico, plata u oro que se centran en la producción de monóxido de carbono y catalizadores de cobre que pueden producir una variedad de. productos de reducción, como metano, etileno y etanol.
Los catalizadores de cobre son únicos en su capacidad para generar compuestos multicarbono a partir de dióxido de carbono, incluidos etileno, etanol y otros productos de orden superior.
Sin embargo, aunque el catalizador de zinc funcionó bien en los primeros experimentos, su aplicación se ha ido restringiendo gradualmente con el avance de la ciencia y el desarrollo de la tecnología. La razón fundamental es que el zinc es propenso a reacciones secundarias durante el proceso de reducción, lo que resulta en una baja selectividad del producto. Al mismo tiempo, el zinc no tiene la capacidad de formar complejos de carbonato metálico similares al cobre, lo que debilita en gran medida su potencial para catalizar eficazmente compuestos de múltiples carbonos.
Para comprender mejor este fenómeno, podemos observar que en el proceso de CO2RR, la selectividad y eficiencia del catalizador a menudo se ven afectadas por muchos factores, incluido el rendimiento del catalizador, la composición del electrolito y las condiciones de el proceso de reacción. Los investigadores están trabajando para optimizar estos factores, mejorar la eficiencia general de la reducción de CO2 y encontrar nuevos catalizadores para reemplazar el zinc y aumentar la riqueza del producto.
En este campo de investigación científica en constante evolución, la innovación de catalizadores y los avances tecnológicos afectarán en gran medida la producción sostenible de diversos productos químicos, promoviendo así la doble realización de la protección ambiental y los beneficios económicos.
Es innegable que el potencial catalítico del cobre nos proporciona un futuro brillante en el proceso de exploración de la conversión de CO2. Sin embargo, mediante un estudio en profundidad de la selectividad de los catalizadores, podremos desvelar el misterio de más catalizadores y permitir que los catalizadores se revelen. ¿Aparición de metales como el zinc que originalmente no podían participar?
