Síntesis directa de grafeno de material tecnológico a partir de dióxido de carbono de gases de efecto invernadero

El público en general conoce el compuesto químico del dióxido de carbono como un gas de efecto invernadero en la atmósfera y por su efecto de calentamiento global. Sin embargo, el dióxido de carbono también puede ser una materia prima útil para las reacciones químicas. Un grupo de trabajo en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) ha informado sobre esta aplicación inusual en la revista ChemSusChem. Están utilizando dióxido de carbono como materia prima para producir grafeno, un material tecnológico que actualmente es objeto de un intenso estudio. (DOI: 10.1002 / cssc.201901404)

La combustión de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo produce energía para la electricidad, el calor y la movilidad, pero también conduce a un aumento de la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera y, por lo tanto, al calentamiento global. Cortar esta cadena causal es lo que motiva a los científicos a buscar fuentes de energía alternativas, pero también a usos alternativos del dióxido de carbono. Una posibilidad podría ser ver al dióxido de carbono como una materia prima barata para la síntesis de materiales valiosos, devolviéndolo al ciclo de reutilización, incluso de una manera rentable.

Un ejemplo se puede encontrar en la naturaleza. Durante la fotosíntesis en las hojas de las plantas, la combinación de luz, agua y dióxido de carbono crea biomasa, cerrando el ciclo del material natural. En este proceso, el trabajo de la enzima RuBisCo a base de metal es absorber el dióxido de carbono del aire y hacer que sea utilizable para las reacciones químicas adicionales en la planta. Inspirados por esta conversión natural a base de enzimas metálicas, los investigadores del KIT ahora presentan un proceso en el que el dióxido de carbono del gas de efecto invernadero junto con el gas hidrógeno se convierte directamente en grafeno a temperaturas de hasta 1000 grados centígrados con la ayuda de catalizadores especialmente preparados. Superficies de metal activas.

El grafeno es la forma bidimensional del elemento químico carbono, que tiene propiedades eléctricas interesantes y, por lo tanto, es una opción para nuevos componentes electrónicos futuros. Su descubrimiento y capacidad de trabajo en 2004 condujeron a una investigación intensiva en todo el mundo y les valió a los descubridores, Andre Geim y Konstanin Novoselov, el Premio Nobel de Física en 2010. Los dos eliminaron el grafeno manualmente de un bloque de grafito con cinta.

Varios grupos de trabajo en KIT han colaborado para presentar un método en la revista ChemSusChem para separar el grafeno del dióxido de carbono e hidrógeno por medio de un catalizador metálico. «Si la superficie metálica muestra la proporción correcta de cobre y paladio, la conversión de dióxido de carbono a grafeno se llevará a cabo directamente en un simple proceso de un solo paso», explica el jefe del estudio, el profesor Mario Ruben, de Molekulare Materialien. Grupo en el Instituto de Nanotecnología (INT) y el Instituto de Química Inorgánica (AOC) en KIT. En experimentos adicionales, los investigadores incluso pudieron producir grafeno de varias capas de espesor, lo que podría ser interesante para posibles aplicaciones en baterías, componentes electrónicos o materiales de filtro. El siguiente objetivo de investigación del grupo de trabajo es formar componentes electrónicos que funcionen a partir del grafeno así obtenido. Los materiales de carbono, como el grafeno y las moléculas magnéticas, podrían ser los bloques de construcción para las futuras computadoras cuánticas, que permiten cálculos ultrarrápidos y eficientes energéticamente, pero no se basan en la lógica binaria de las computadoras actuales.

Concepción Molina-Jirón, Mohammed Reda Chellali, CN Shyam Kumar, Christian Kübel, Leonardo Velasco, Horst Hahn, Eufemio Moreno-Pineda y Mario Ruben: «Conversión directa de CO₂ a grafeno multicapa usando aleaciones de cobre-paladio» 2019. DOI: 10.1002 / cssc.201901404

Al ser «La Universidad de Investigación en la Asociación Helmholtz«, KIT crea e imparte conocimiento para la sociedad y el medio ambiente. El objetivo es hacer contribuciones significativas a los desafíos globales en los campos de energía, movilidad e información. Para esto, cerca de 9,300 empleados cooperan en una amplia gama de disciplinas en ciencias naturales, ciencias de la ingeniería, economía y humanidades y ciencias sociales. KIT prepara a sus 25,100 estudiantes para tareas responsables en la sociedad, la industria y la ciencia al ofrecer programas de estudio basados ​​en la investigación. Los esfuerzos de innovación en KIT construyen un puente entre los hallazgos científicos importantes y su aplicación en beneficio de la sociedad, la prosperidad económica y la preservación de nuestra base natural de vida.

Referencia: Direct Conversion of CO2 to Multi‐Layer Graphene using Cu–Pd Alloys. ChemSusChem, 2019. https://doi.org/10.1002/cssc.201901404