Una estrategia para multar

Característica del 3 de noviembre de 2022

por Ingrid Fadelli, Phys.org

En los últimos años, muchos ingenieros y científicos de materiales han intentado desarrollar soluciones energéticas sostenibles que podrían ayudar a mitigar el cambio climático en la Tierra. Esto incluye tecnologías de captura de carbono, que están diseñadas específicamente para capturar o absorber dióxido de carbono (CO2) en sitios donde se produce ampliamente, como plantas de generación de energía o instalaciones industriales que dependen de biomasa o queman combustibles fósiles.

Si bien algunas soluciones de captura de carbono lograron resultados prometedores, las que se basan en métodos convencionales de depuración química húmeda que utilizan aminas sp3 a menudo consumen demasiada energía y son propensas a la corrosión y la degradación del adsorbente. Esto limita significativamente su implementación generalizada, destacando la necesidad de estrategias alternativas de separación de CO2.

Investigadores de la Universidad Johns Hopkins, la Universidad de Texas en Austin y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han introducido recientemente una serie de bases de Lewis sintonizables redox (es decir, moléculas con un par solitario de electrones que se pueden donar a un enlace covalente coordinado). ) con centros de nitrógeno sp2 que pueden capturar y liberar CO2 de forma reversible. En su artículo, publicado en Nature Energy, también describen estrategias para afinar las propiedades de estas bases de Lewis.

"Demostramos una biblioteca de bases Lewis sintonizables redox con centros de nitrógeno sp2 que pueden capturar y liberar dióxido de carbono de manera reversible a través de un ciclo electroquímico", escribieron en su artículo Xing Li, Xunhua Zhao, Yuanyue Liu, T. Alan Hatton y Yayuan Liu. . "El mecanismo del proceso de captura de carbono se aclara a través de un enfoque experimental y computacional combinado".

El trabajo reciente de los investigadores se basa en la idea de que, debido a su afinidad por el CO2, las bases de Lewis con centros de nitrógeno sp2 redox-activos podrían modularse utilizando potenciales electroquímicos, lo que permitiría el desarrollo de soluciones de captura de carbono alternativas y más eficaces. Para verificar esta hipótesis, los investigadores compilaron una biblioteca de bases orgánicas que contenían centros de nitrógeno sp2, incluidos restos de piradina, diazina, tiadizol y azo.

"Mientras están en forma oxidada, ninguno de estos compuestos muestra interacciones fuertes con el CO2", escribieron los investigadores en su artículo. "Sin embargo, su comportamiento de electrorreducción y posterior oxidación puede verse drásticamente modulado por la presencia de CO2 en el electrolito".

Li y sus colegas describieron claramente el mecanismo que permite que los sorbentes de base Lewis capturen carbono tanto en simulaciones computacionales como en experimentos. Posteriormente, demostraron que las propiedades de estos sorbentes se pueden ajustar (es decir, adaptar para usos específicos) utilizando métodos de diseño molecular e ingeniería de electrolitos. Al ajustar las propiedades de las bases de Lewis que crearon, los investigadores pudieron identificar una base de Lewis particularmente prometedora basada en azopiridina bifuncional.

"Identificamos una base de azopiridina bifuncional que es prometedora para la captura de carbono mediada electroquímicamente, exhibiendo una eficiencia de utilización de la capacidad >85 % en ciclos en un sistema de flujo bajo un 15 % de dióxido de carbono con un 5 % de oxígeno", escribieron Li y sus colegas en su artículo. "Este trabajo amplía el alcance estructural de los adsorbentes de dióxido de carbono activo redox y proporciona pautas de diseño sobre moléculas con basicidad sintonizable en condiciones electroquímicas".

En el futuro, la base de azopiridina bifuncional identificada por Li y sus colegas podría usarse para crear tecnologías de captura de carbono más eficientes y efectivas desde el punto de vista energético. Además, su trabajo podría allanar el camino hacia el desarrollo de otras soluciones de captura de carbono basadas en adsorbentes a base de Lewis.

Más información: Xing Li et al, Bases de Lewis sintonizables por redox para la captura electroquímica de dióxido de carbono, Nature Energy (2022). DOI: 10.1038/s41560-022-01137-z

Información del diario:Energía de la naturaleza

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