El NiO impurificado con Cloro promueve la electroreducción de CO2 a formiato

 

Actualmente, la producción de energía eléctrica proviene principalmente de combustibles fósiles, cuya combustión genera grandes cantidades de dióxido de carbono (CO₂) que se libera a la atmósfera. Atrapar al CO₂ y convertirlo en subproductos de carbono con un valor agregado es un excelente método de remediación. Recientemente, se ha demostrado que el óxido de níquel (NiO) impurificado con cloro (Cl) es un excelente catalizador para la obtención de formiato (HCOO^-) mediante la reacción de reducción de CO₂(CO₂RR), pues muestra una conversión del 70%.

 

Mediante estudios teórico-experimentales, un grupo internacional de investigadores inspeccionó el efecto que tiene el Cl en el proceso de conversión de CO₂ a formiato. Los experimentos demostraron que el NiO sin impurificar promueve la formación de hidrógeno molecular (H₂); sin embargo, cuando se impurifica con Cl al 9%, se promueve la síntesis de HCOO^-. Mediante simulaciones computacionales basadas en la teoría del funcional de la densidad (DFT) junto con el análisis de la estabilidad termodinámica de diversas terminaciones de la superficie (111) del NiO, se demostró que, en condiciones ricas en oxígeno, la presencia de vacancias de oxígeno sobre la superficie resulta ser termodinámicamente estable y juegan un papel importante en la CO₂RR, pues actúan como sitios activos. Con la adición del Cl, las especies clorinadas ocupan las vacancias de oxígeno y evitan que la molécula de CO₂ se adhiera a la superficie. De este modo, la molécula de CO₂queda fisisorbida sobre la superficie, cerca de los átomos de Cl a través de interacciones de Van der Waals, y susceptible de interaccionar con un protón del medio. Las simulaciones demostraron que la interacción C-H ocurre más favorablemente que la interacción O-H, por lo que la formación de formiato es más probable que la síntesis de alcoholes.

 

Estos resultados abren la puerta al uso de halógenos (F, Cl, Br, I) para inducir la reducción selectiva de CO₂ a un subproducto en particular en CO₂RR.

 

Los resultados se publicaron en Applied Materials Science