Una estrategia para refinar las propiedades de las bases de Lewis para la captura electroquímica de dióxido de carbono
En los últimos años, muchos ingenieros y científicos de materiales han tratado de desarrollar soluciones energéticas sostenibles que podrían ayudar a mitigar el cambio climático en la Tierra. Esto incluye tecnologías de captura de carbono, que están específicamente diseñadas para capturar o absorber dióxido de carbono (CO2) en sitios donde se produce ampliamente, como plantas de energía o instalaciones industriales que dependen de biomasa o queman combustibles fósiles.
Mientras algunos carbón Las soluciones de captura han mostrado resultados prometedores, aquellos basados en métodos convencionales de lavado químico húmedo usando sp3 las aminas a menudo consumen demasiada energía y son propensas a la corrosión y degradación del adsorbente. Esto limita severamente su implementación a gran escala, destacando la necesidad de CO alternativo2 estrategias de separación.
Investigadores de la Universidad Johns Hopkins, la Universidad de Texas en Austin y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) introdujeron recientemente una serie de bases de Lewis sintonizables redox (es decir, moléculas con un solo par de electrones que se pueden donar a un covalente coordinado). enlace) con sp2 centros de nitrógeno capaces de capturar y liberar CO de forma reversible2. En su artículo publicado en energia naturaltambién describen estrategias para refinar las propiedades de estas bases de Lewis.
«Demostramos una biblioteca de bases de Lewis sintonizables redox con sp2-centros de nitrógeno capaces de 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 combinado experimental y computacional».
El trabajo reciente de los investigadores se basa en la idea de que debido a su CO2 afinidad, bases de Lewis con sp activo redox2 los centros de nitrógeno podrían modularse a través de potenciales electroquímicos, lo que permitiría desarrollar alternativas de captura de carbono más eficientes. Para probar esta hipótesis, los investigadores compilaron una biblioteca de bases orgánicas que contenían sp2 centros de nitrógeno que incluyen restos de piradina, diazina, tiadizol y azo.
“Mientras estén en forma oxidada, ninguno de estos compuestos muestra interacciones fuertes con CO22«, escribieron los investigadores en su artículo. «Sin embargo, su comportamiento de electrorreducción y oxidación posterior puede ser modulado significativamente por la presencia de CO2 en el electrolito».
Li y sus colegas han descrito claramente el mecanismo que permite a los sorbentes de base de Lewis capturar carbono en simulaciones y experimentos por computadora. Posteriormente, demostraron que las propiedades de estos adsorbentes pueden ajustarse (es decir, adaptarse a usos específicos) utilizando métodos de diseño molecular e ingeniería de electrolitos. Al refinar las propiedades de las bases de Lewis que crearon, los investigadores pudieron identificar una base de Lewis particularmente prometedora basada en una azopiridina bifuncional.
«Identificamos una base de azopiridina bifuncional que se muestra prometedora para la captura electroquímica de carbono, exhibiendo una eficiencia de utilización de la capacidad >85 % durante el ciclo 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 redox-active gas carbónico sorbentes y proporciona directrices sobre el diseño de 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 energéticamente eficientes. Además, su trabajo podría allanar el camino para el desarrollo de otros Captura de carbon soluciones basadas en adsorbentes de base de Lewis.
Más información:
Xing Li et al, Redox-Tunable Lewis Bases para la captura electroquímica de dióxido de carbono, energia natural (2022). DOI: 10.1038/s41560-022-01137-z
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Cotizar: Una estrategia para ajustar las propiedades de las bases de Lewis para la captura electroquímica de dióxido de carbono (3 de noviembre de 2022) consultado el 3 de noviembre de 2022 en https://phys.org/news/2022-11-strategy-fine-tune-properties – bases-lewis.html
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