es.wedoany.com Noticia: Investigadores de la Universidad de Nottingham (Reino Unido) han desarrollado un material catalizador impulsado por energía solar que, mediante un solo fotón de energía, puede reducir simultáneamente el dióxido de carbono y oxidar residuos orgánicos, generando productos químicos valiosos en ambas reacciones. Los resultados se han publicado en Communications Materials, del grupo Nature Publishing.
Este reactor fotoeléctrico (PEC) sin polarización consta de dos compartimentos conectados, cada uno equipado con el nuevo catalizador desarrollado. Cuando la luz solar incide en uno de los compartimentos, cada fotón impulsa la oxidación de una molécula de residuo biológico, y los electrones liberados se transfieren al segundo compartimento para reducir el dióxido de carbono (CO₂) a formiato. Todo el proceso produce dos productos útiles a partir de la energía de un solo fotón: un químico derivado de gases de efecto invernadero, ampliamente utilizado en textiles, pinturas y productos farmacéuticos; y un precursor de residuos biológicos, que puede emplearse para fabricar plásticos de próxima generación de base biológica.
El Dr. Madasamy Thangamuthu, asistente de investigación en la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham y diseñador del reactor PEC y del catalizador, explicó que el núcleo del proceso es un fotoánodo nanoestructurado fabricado con semiconductores de nitruro de carbono y óxido de tungsteno, recubierto con una capa mejorada de óxido de cobalto y acoplado a un cátodo en el otro compartimento. Cuando un fotón de luz solar impacta el fotoánodo, se inicia el proceso, generando un electrón que se transfiere al cátodo para reducir el CO₂, mientras que los huecos restantes en el fotoánodo oxidan simultáneamente moléculas de ácido 5-hidroximetil-2-furoico (HMFA).
Las pruebas mostraron que este reactor PEC logró una eficiencia de aproximadamente el 93% en la conversión de CO₂ a formiato y alrededor del 95% en la oxidación de biomasa, demostrando un uso eficiente de la energía fotónica. Dado que la conversión se impulsa únicamente con energía solar, sin necesidad de calor o electricidad adicional, este método ofrece una nueva vía para la fabricación sostenible de productos químicos.
El Dr. Vincenzo Taresco, profesor asistente en la Facultad de Química, señaló que la producción sostenible de polímeros es uno de los desafíos clave actuales. Aunque la química de materiales avanza rápidamente, se necesitan nuevas estrategias para impulsar reacciones de manera eficiente. Este proceso limpio que utiliza luz solar garantiza que la energía sostenible impulse la química sostenible.
El catalizador desarrollado por el equipo de la Universidad de Nottingham se diferencia de muchos catalizadores existentes que dependen de materiales costosos o escasos. Estos nuevos catalizadores están fabricados con elementos abundantes en la Tierra, lo que los hace más adecuados para aplicaciones a gran escala. Una evaluación del ciclo de vida confirmó además los beneficios ambientales de este proceso, destacando su potencial en la fabricación de productos químicos bajos en carbono. En el futuro, este sistema catalítico podría ampliarse para uso industrial.
El Dr. Jesum Alves Fernandes, profesor asociado en la Facultad de Química y experto en catálisis heterogénea, considera que el método de fabricación del catalizador es crucial para el éxito futuro de esta tecnología. El enfoque único del equipo para ensamblar átomos metálicos en superficies, personalizando tamaño, forma y composición, es esencial para extender este trabajo a otros procesos químicos y mejorar aún más la utilización del CO₂. El equipo ya había informado anteriormente sobre el ensamblaje de catalizadores a partir de átomos individuales en superficies para fabricar catalizadores eficientes para la producción de hidrógeno y la conversión de CO₂ en metanol.
Los investigadores creen que este método puede desarrollarse aún más e integrarse con fuentes industriales de CO₂ y biorrefinerías para lograr una producción química distribuida y sostenible. El profesor Andrei Khlobystov, catedrático de Nanomateriales en la Facultad de Química, afirmó que este descubrimiento abre nuevas oportunidades para capturar directamente la luz solar y abordar simultáneamente dos desafíos globales.
Este trabajo cuenta con el apoyo del proyecto financiado por el programa EPSRC "Átomos metálicos en superficies e interfaces para un futuro sostenible (MASI)", y representa un paso importante hacia la reducción de la dependencia de metales costosos en la producción de hidrógeno, contribuyendo a una economía circular y baja en carbono.
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