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

Evaluación directa del efecto de retención de partículas metálicas subnanométricas encapsuladas en zeolita

 Los efectos de confinamiento son bien conocidos en catálisis; están asociados con una estructura geométrica o electrónica espacialmente limitada del sitio activo y/o molécula de sustrato durante los ciclos catalíticos. En catálisis heterogénea los efectos de confinamiento suelen estar asociados a nanopartículas situadas en espacios nanométricos disponibles de los soportes, lo cual permite lograr una reactividad y selectividad únicas como se ha demostrado ampliamente con catalizadores metálicos a base de zeolita.

 

Una de las manifestaciones típicas del efecto de retención es el aumento significativo de la estabilidad. Por ejemplo, las nanopartículas metálicas pequeñas pueden resistir la sinterización en condiciones de alta temperatura cuando se encapsulan en cavidades o canales de las estructuras de zeolita. La movilidad de las partículas metálicas más pequeñas estará limitada por la estructura rígida de la zeolita, lo que dará como resultado una alta resistencia térmica a la sinterización incluso en una atmósfera reductora. Se ha demostrado que las partículas metálicas subnanométricas encerradas dentro de canales/cavidades de las zeolitas son catalizadores estables y eficientes.

 

Mediante la combinación de cálculos teóricos, simulaciones de imágenes y mediciones experimentales basadas en imágenes de contraste de fase diferencial integradas con microscopía electrónica de transmisión de barrido, se estudiaron la disposición y el entorno de coordinación de átomos de iridio aislados y grupos incrustados en zeolita. Los resultados del análisis de imágenes muestran que la deformación local está estrechamente relacionada con la fuerza de interacción metal-zeolita.

 

La observación directa de la retención de partículas metálicas subnanométricas encapsuladas en zeolitas permite comprender sus características estructurales y sus consecuencias catalíticas.

 

Más información en Nature Communications

La ciencia de materiales en 2.5 dimensiones: cambio de paradigma hacia innovaciones del futuro

 

El descubrimento del grafeno abrió el campo de investigación de materiales 2D. Ahora se estudian una amplia variedad de materiales 2D con diversas composiciones: dicalcogenuros de metales de transición (TMDC’s por sus siglas en inglés); nitruro de boro hexagonal (hBN) y monocapas de un solo elemento como siliceno (Si), germaneno (GE), estañeno (Sn) y el fósforo negro (P). Teóricamente se han predicho más de 1800 tipos de cristales en 2D.

 

El nuevo campo de estudio de los materiales bidimensionales que se apilan mediante enlaces tipo van der Waals (vdW), ha generado mucho interés en las propiedades del nanoespacio bidimensional entre las capas, donde aparecen fenómenos físicos únicos, así como en la síntesis de nuevos materiales. Reconociendo este grado de libertad adicional a las 2D es posible aplicar la ciencia de los compuestos intercalados. A este campo de estudio se le denomina “materiales de 2.5 dimensiones (2.5D)”.

 

Un grupo de investigadores de instituciones japonesas revisó las propiedades que se manifiestan en el espacio entre los materiales 3D y los materiales 2D. A dicho espacio se le denomina de 0.5D. Las nuevas propiedades surgen a partir de la manipulación del apilamiento de las monocapas, la rotación entre ellas y la conexión entre las capas 2D.

 

El nuevo campo de materiales 2.5D estimulará la colaboración interdisciplinaria, el desarrollo de nuevos métodos de síntesis y aplicaciones tecnológicas como: pantallas táctiles flexibles, transistores de alta frecuencia, sensores (químicos, bioquímicos, ópticos y magnéticos), membranas-filtro, transparencia óptica y resistencia mecánica.

 

Más detalles en: Science and Technology of Advanced Materials.