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El objetivo de luchar contra el calentamiento global convirtiendo el dióxido de carbono en combustible podría estar más cerca gracias a los investigadores que han utilizado un superordenador para identificar un grupo de catalizadores "monoatómicos" que podrían desempeñar un papel clave.
Investigadores del Centro de Ciencias de los Materiales de la QUT, dirigidos por el profesor asociado Liangzhi Kou, participaron en un estudio internacional que utilizó la modelización teórica para identificar seis metales (níquel, niobio, paladio, renio, rodio y circonio) que resultaron eficaces en una reacción que puede convertir el dióxido de carbono en fuentes de energía sostenibles y limpias.
En el estudio, publicado en Nature Communications, participaron los investigadores de la QUT Aijun Du, Yuantong Gu y Lin Ju.
El profesor Kou dijo que la investigación se llevó a cabo mediante la modelización de los experimentos utilizando la Infraestructura Computacional Nacional de la Universidad Nacional de Australia, estudiando cómo reaccionarían los átomos individuales de los metales con piezas bidimensionales de materiales "ferroeléctricos".
Los materiales ferroeléctricos tienen una carga positiva en una cara y negativa en otra, y esta polarización puede invertirse cuando se aplica un voltaje.
En la modelización teórica, los investigadores comprobaron que añadiendo el átomo del metal catalizador al material ferroeléctrico se conseguía convertir el gas de efecto invernadero en un combustible químico deseado.
Una vez que se invierte la polaridad, el estado se conserva para actuar como catalizador en la conversión del dióxido de carbono.
El profesor Kou dijo que, si bien hace una década se propuso utilizar catalizadores de un solo átomo para reducir el dióxido de carbono, esta investigación hace avanzar el campo de forma significativa.
"Hemos diseñado un catalizador químico especial, que puede convertir el gas de efecto invernadero CO₂ en los combustibles químicos deseados. La eficiencia de la conversión puede controlarse mediante un enfoque factible", dijo el profesor Kou.
"Significa que, por primera vez, hemos desarrollado la capacidad de acelerar o ralentizar, incluso de cambiar la reacción química."
"El dióxido de carbono es la principal razón del calentamiento global debido al efecto invernadero, convertirlo en combustibles químicos no solo es importante para nuestro entorno, sino que también ayuda a resolver la crisis energética".
El Dr. Ju, primer autor del estudio, dijo que el trabajo de investigación proporcionaba una guía para el diseño de catalizadores novedosos que podrían producir impactos significativos para la industria química.
El profesor Kou dijo que el objetivo a largo plazo en esta área de investigación era encontrar formas de convertir el dióxido de carbono en fuentes de energía limpia. También dijo que los resultados de este estudio podrían conducir a una forma de añadir un recubrimiento a los motores o a los sistemas industriales que convertiría el dióxido de carbono en lugar de liberar más del gas a la atmósfera.
Fuentes, créditos y referencias:
Lin Ju et al, Controllable CO2 electrocatalytic reduction via ferroelectric switching on single atom anchored In2Se3 monolayer, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25426-5