Investigadores del Instituto Tata de Investigaci贸n Fundamental (TIFR) de Bombay han demostrado que el oro negro-n铆quel plasm贸nico cataliza eficazmente la hidrogenaci贸n de CO2 con luz visible.
La hidrogenaci贸n de CO2 con hidr贸geno verde es una t茅cnica que tiene el potencial de eliminar los niveles excesivos de CO2, resolver los desajustes temporales entre la producci贸n y la demanda de electricidad solar y promover el almacenamiento de gas hidr贸geno.
Dado que la reacci贸n requiere temperaturas muy altas, lo que provoca una r谩pida desactivaci贸n del catalizador, los investigadores exploraron la idea de catalizar la hidrogenaci贸n del CO2 a temperatura ambiente o moderada mediante la excitaci贸n plasm贸nica del H2 y el CO2 utilizando un catalizador plasm贸nico.
En un art铆culo publicado en la revista ACS Nano, los cient铆ficos explican que generaron la reacci贸n a temperaturas tan bajas como 84掳C a 223掳C sin calentamiento externo.
Comprobaron que la actividad catal铆tica era varias veces mayor que la del catalizador DPC-C4, hasta el punto de que s贸lo se observ贸 una fotoactividad mensurable con el catalizador DPC-C4-Ni. Su trabajo mostr贸 la mejor tasa de producci贸n de CO registrada de 2464卤 40 mmol gNi-1 h-1 y una selectividad superior al 95% en las condiciones de flujo. El catalizador tambi茅n mostr贸 una estabilidad extraordinaria (100 h).
La dependencia de la ley de potencia superlineal de la intensidad luminosa con eficiencias cu谩nticas fotocatal铆ticas aument贸 con el incremento de la intensidad luminosa y la temperatura de reacci贸n, mientras que el efecto isot贸pico cin茅tico (KIE) en luz fue mayor que en oscuridad, confirmando el mecanismo de reacci贸n mediado por electrones calientes.
Los estudios ultrarr谩pidos de la din谩mica de portadores calientes demostraron la inyecci贸n ultrarr谩pida de electrones de Au a Ni, poblando el reactor de Ni con portadores de carga. Los investigadores observaron una firma espectral de dicha generaci贸n indirecta de carga debida a la transferencia de electrones calientes del oro al n铆quel. Las simulaciones en el dominio del tiempo por diferencia finita tambi茅n mostraron un aumento de la intensidad del campo local inducido por plasmones en el DPC-C4-Ni.
Un estudio DRIFTS in situ mostr贸 vibraciones de estiramiento C=O de enlaces lineales de CO sobre 谩tomos de Ni, mientras que se imped铆a la formaci贸n de especies de carbonilo puente. La hidrogenaci贸n del CO2 tuvo lugar por disociaci贸n directa a trav茅s de enlaces lineales n铆quel-CO. El CO enlazado linealmente en los sitios de Ni del DPC-C4-Ni estaba d茅bilmente enlazado debido a su d茅bil enlace Ni-C. Por lo tanto, la desorci贸n de CO fue eficiente. De ah铆 que la desorci贸n de CO fuera eficiente, restringiendo la hidrogenaci贸n a metano, lo que condujo a una selectividad de CO superior al 95%.
Seg煤n el grupo, la elevada tasa de producci贸n y la selectividad se debieron a que las nanopart铆culas de Ni estaban muy dispersas en el oro negro, lo que proporcion贸 una v铆a de CO d茅bilmente enlazado, adem谩s de la excelente capacidad de captaci贸n de luz del oro negro. Debido a la excitaci贸n de los electrones de la banda d del n铆quel a un nivel de energ铆a superior durante la amortiguaci贸n plasm贸nica de la SPR de oro negro, as铆 como al llenado de la banda d del Ni debido a la transferencia de electrones calientes del oro negro al Ni, los sitios de Ni mostraron una excelente actividad incluso con un tama帽o de part铆cula menor.
En su opini贸n, el excelente rendimiento catal铆tico del oro negro-Ni puede proporcionar una v铆a para desarrollar catalizadores plasm贸nicos para la reducci贸n de CO2 y otros procesos catal铆ticos que utilicen oro negro.
Fuente: Mining.com