La superficie diseñada es prometedora para que la tecnología convierta el CO₂ en combustible líquido

XPS (a) espectros de ancho y (b) C 1 de 250-1h-air antes/después de la reacción en CO2 saturado 0.1 M KHCO3 bajo 1 iluminación solar durante 1 hora. El potencial se aplicó a -0.9 V vs Rhe. Crédito: ACS Apliced ​​Energy Materials (2025). Doi: 10.1021/acsaem.4c02997

Los investigadores han desarrollado una nueva combinación de materiales que tienen propiedades orgánicas e inorgánicas, con el objetivo de usarlos en tecnologías que convierten el dióxido de carbono de la atmósfera en un combustible líquido. El documento, “La película delgada de tincona de depósito de capa molecular (MLD) como la capa de transporte de electrones fotoelectroquímicamente estable y eficiente para fotocatodos SI”, se publica en materiales de energía aplicada ACS.

“Fundamentalmente, el objetivo de este proyecto era diseñar una superficie que nos permita convertir eficientemente el dióxido de carbono atmosférico en metanol, que es un combustible líquido”, dice Gregory Parsons, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y el profesor de acetato celanés de ingeniería química y biomolecular de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

“Nuestra hipótesis era que una clase de materiales llamados metalcones sería una herramienta valiosa para abordar este desafío. Nuestro trabajo en este documento se centra en la ingeniería de una película delgada de Metalcone para esta aplicación”.

Los materiales inorgánicos tienden a ser sólidos y tienen características estables. Los materiales orgánicos pueden tener propiedades físicas con espongelina y tienden a ser más reactivos químicamente. Las películas delgadas de monedas de metal son orgánicas e inorgánicas, y, por lo tanto, tienen propiedades orgánicas e inorgánicas.

“Queríamos encontrar una manera de crear una película delgada de monedas de metal que conserve las propiedades inorgánicas que lo convierten en una buena interfaz entre un material semiconductor y el entorno líquido que lo rodea”, dice Parsons. “Pero también queríamos que la lápida de metal mantuviera las propiedades orgánicas que crean vías eficientes para que los electrones se muevan”.

“El problema es que las monedas metálicas enfrentan un obstáculo significativo para el uso práctico en este contexto”, dice Hyuenwoo Yang, primer autor del documento e investigador postdoctoral en NC State. “Si coloca metalcons en una solución acuosa, las propiedades orgánicas permiten que las monedas metálicas se disuelvan, haciéndolas prácticamente inútiles. Si recoce las monedas metálicas a altas temperaturas, se vuelven físicamente estables, pero pierde las atractivas propiedades electroquímicas.

“Pero ahora hemos demostrado un enfoque que mejora la estabilidad de una curva de metal y las propiedades electroquímicas, lo que los convierte en candidatos muy prometedores para su uso en la reducción de dióxido de carbono químico fotoeléctrico”, dice Yang.

Para este trabajo, los investigadores utilizaron una lata de metal llamada Tincone, que es esencialmente un óxido de estaño (SNO2) en el que los átomos de oxígeno se reemplazan por componentes de óxido orgánico. En otras palabras, en los materiales de óxido de estaño, son los átomos de oxígeno los que conectan las moléculas de óxido de estaño entre sí; En Tincone, esas moléculas de óxido de estaño están conectadas entre sí por una cadena de carbono.

Debido a que el recocido a altas temperaturas elimina las atractivas propiedades electroquímicas, los investigadores decidieron intentar el recocido de tincone a un rango de temperaturas más bajas.

“Descubrimos que el punto óptimo era un recocido ‘leve’ a 250 grados Celsius”, dice Yang. “Esto hizo que la tincone sea sustancialmente más estable en un electrolito acuoso, que es necesario para su uso potencial en aplicaciones de reducción de dióxido de carbono químico fotoeléctrico. Además de mejorar su estabilidad, el recocido leve también mejoró el transporte de carga, lo que hace que las propiedades electroquímicas sean aún más deseables para estas aplicaciones.

“Nuestros próximos pasos implican catalizadores de dióxido de carbono de unión a este tincone de recanse de leve e incorporando este material de ingeniería en una aplicación para ver cuán eficientemente puede convertir el CO2 atmosférico en metanol”.

El documento fue coautor de Christopher Oldham, gerente senior de proyectos en NC State; Arun Joshi Reddy, investigador postdoctoral en el estado de Carolina del Norte; Paul Maggard, profesor de química en NC State; y por Carrie Donley, Renato Sampaio, John Dickenson, Pierpaolo Vecchi y Gerald Meyer de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill.

Más información: Hyuenwoo Yang et al, película delgada de tincona de depósito de capa molecular (MLD) como capa de transporte de electrones fotoelectroquímicamente estable y eficiente para fotocatodos SI, materiales de energía aplicada ACS (2025). Doi: 10.1021/acsaem.4c02997

Proporcionado por la Universidad Estatal de Carolina del Norte

Cita: la superficie de ingeniería es prometedor para que la tecnología convierta el CO₂ en combustible líquido (2025, 24 de marzo) recuperó el 24 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-surface-tech-liquid-fuel.html

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