Científicos transforman CO₂ en energía usando nanoclústeres de cobre para mejoras sostenibles y eficientes

MadridCientíficos de la Universidad de Tohoku, la Universidad de Ciencia de Tokio y la Universidad de Vanderbilt están innovando en el control de los resultados de la reducción del CO2 mediante nanoclusters de cobre. Las emisiones de CO2 son un factor clave en el cambio climático, pero mejoras en la reducción electroquímica podrían transformar el exceso de CO2 en fuentes de energía útiles. Este método puede generar diversos productos, pero la producción de compuestos específicos a gran escala sigue siendo un desafío debido a la variabilidad natural de la reacción.
El equipo optó por usar cobre en lugar de metales costosos para acelerar las reacciones químicas. Modificaron la estructura microscópica del cobre para formar diminutos cúmulos, cada uno de menos de 2 nm. Esta estructura precisa hace que el cobre sea más eficaz en la conversión de CO2 en otras sustancias útiles. Lograron esto por medio de:
- Inducción de defectos: Generar pequeñas dislocaciones en los átomos de cobre.
- Exposición de sitios reactivos: Dejar ciertas zonas libres de ligandos para que sirvan como sitios de reacción.
- Arreglo cúbico: Organizar estratégicamente los átomos de cobre para optimizar la exposición de los sitios activos.
Este sistema no solo hace las reacciones más eficientes, sino que también ayuda a generar productos específicos. Es interesante cómo el número de sitios inducidos por defectos influye en la selectividad. Por ejemplo, los conglomerados con un vértice alterado tienden a producir metanol. La presencia de más defectos favorece la creación de diferentes compuestos.

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Mejorar la especificidad de los productos puede aumentar considerablemente la producción de materiales sostenibles. Esta investigación es crucial porque permite transformaciones de CO2 más consistentes y enfocadas, lo que podría llevar a soluciones energéticas basadas en la captura de carbono.
Nanocúmulos de cobre son una opción económica, haciéndolos ideales para proyectos a gran escala. A medida que avanza la investigación, podrían abrir caminos para producir muchos químicos valiosos para diferentes sectores industriales. El principal desafío será lograr que este proceso funcione eficazmente en diversos entornos y ampliarlo sin dificultades.
Mejorar las diminutas estructuras de cobre para productos específicos demuestra cómo podemos ser más eficientes en el uso de energía. Al avanzar en estas tecnologías, podemos contribuir a controlar los niveles de carbono y avanzar hacia un futuro más limpio y sostenible.
El estudio se publica aquí:
http://dx.doi.org/10.1002/smsc.202400465y su cita oficial - incluidos autores y revista - es
Sourav Biswas, Tomoya Tanaka, Haohong Song, Masaki Ogami, Yamato Shingyouchi, Sakiat Hossian, Maho Kamiyama, Taiga Kosaka, Riki Nakatani, Yoshiki Niihori, Saikat Das, Tokuhisa Kawawaki, De‐en Jiang, Yuichi Negishi. Highly Selective Methanol Synthesis Using Electrochemical CO2 Reduction with Defect‐Engineered Cu58 Nanoclusters. Small Science, 2024; DOI: 10.1002/smsc.202400465

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