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En anteriores Focos Nanowerk hemos informado sobre los esfuerzos de investigación de Stuart Licht , un profesor de química en la Universidad George Washington, que utilizan la química de carbonato fundido para transformar el dióxido de carbono atmosférico (CO 2 ) en nanomateriales valiosos (leer más: ” ‘ La química de los diamantes del cielo convierte el gas de efecto invernadero en valiosos materiales de nanocarbono “).
En este proceso, que Licht denomina C2CNT (dióxido de carbono a nanotubos de carbono ), CO 2 se divide en sus componentes constituyentes de carbono y oxígeno mediante electrólisis de carbonato fundido.
El proceso de electrólisis fundida es similar al proceso industrial en el que se produce aluminio a partir de su óxido (óxido de aluminio, bauxita), aunque aquí otro óxido, dióxido de carbono, es la materia prima y se producen nanomateriales de carbono.
Más recientemente, el grupo de Licht ha demostrado que cuando los agentes nucleantes de metales de transición se excluyen específicamente del proceso C2CNT, se inhibe el crecimiento de nanotubos de carbono y se pueden sintetizar otros nanomateriales de carbono uniformes. Específicamente, los valiosos nanomateriales de carbono, incluidas las nano-cebollas de carbono y el grafeno, se pueden producir con alto rendimiento mediante electrólisis de carbonato fundido con energía solar ( Cuentas de Investigación Química , “Avances recientes en el proceso electroquímico solar térmico (STEP) para productos neutros de carbono y nanocarbonos de alto valor ” ).

Se puede sintetizar una amplia gama de productos uniformes de nanomateriales de carbono mediante electrólisis de CO 2 en carbonatos fundidos, incluidas nano-cebollas de carbono (que se muestran después de 15-90 minutos de electrólisis), nanoplaquetas de carbono, grafeno y una variedad de nanotubos de carbono. (Reimpreso con permiso de la American Chemical Society) (haga clic en la imagen para ampliarla)
Como se describe en el Journal of CO 2 Utilization ( “Transformación del dióxido de carbono del gas de efecto invernadero en grafeno” ), el equipo de Licht produjo grafeno mediante la división electrolítica de CO 2 de carbonato fundido en un producto de carbono nano-delgado (nanoplaquetas de carbono) compuesto de 25 a 125 capas de grafeno, y la posterior exfoliación electroquímica de las nanoplaquetas a grafeno en una solución acuosa soluble en carbonato.
“Los únicos productos de la electrólisis de dióxido de carbono son sencillos: nanoplaquetas de carbono de alto rendimiento y oxígeno”, explica Licht a Nanowerk. “Las nanoplaquetas de carbono proporcionan un punto de partida más delgado que un reactivo de grafito convencional para facilitar la exfoliación electroquímica”.
El grafeno producido de esta manera tiene un espesor de 1 a 5 capas de carbono, pero una dimensión lateral relativamente pequeña de 2 a 8 µm. Este tamaño lateral es, por ejemplo, para uso en grafeno como lubricante, en ánodos de batería y en aplicaciones de aditivos de grafeno.
Como se muestra en la figura a continuación, la exfoliación electroquímica de grafeno es un proceso en el que los iones intercalados entre las capas de grafito se oxidan, formando gases que rompen los enlaces entre capas y liberan láminas de grafeno.

Electrosíntesis de grafeno a partir de CO 2 . A: CO 2 del aire o del gas de combustión se divide electrolíticamente a ultra-delgada producto plaquetas grafeno por electrólisis de carbonato fundido. B: El producto que contiene el cátodo de síntesis de carbonato se enfría y se coloca en un tubo de celulosa que contiene agua (NH 4 ) 2 SO 4 . C: el tubo de celulosa se coloca en un baño (NH 4 ) 2 SO 4 con un contraelectrodo; Se aplica voltaje de CC que genera explosiones de gas entre las capas de grafeno que exfolian las plaquetas delgadas que producen grafeno. (Reimpreso con permiso de Elsevier) (haga clic en la imagen para ampliarla)
“La electrólisis fundida de este proceso de CO 2 es inusual, ya que permite la eliminación del gas de efecto invernadero no solo de las corrientes concentradas, como los gases de combustión industriales, sino también, sin la necesidad de preconcentración o purificación, directamente del aire”. Señala. “Además, los fuertes enlaces de grafeno de los nanomateriales de carbono pueden almacenar permanentemente, es decir, durante un período de tiempo geológico, el CO 2 eliminado , a diferencia de los productos de combustible que liberan nuevamente el CO 2 cuando se consumen los combustibles”.
Como se describe en C2CNT.com y CarbonXPrize.org, el equipo de Licht está reduciendo la electrólisis de CO 2 tecnología como finalista en el concurso internacional de carbono XPRIZE a su 2-5 tonelada de CO día 2 planta de transformación (ver: ” Transformador de carbono XPRIZE tecnológica avance en la utilización de CO2 “).

Fuente: 

Michael Berger, M. B. (2019, 2 diciembre). Transforming the greenhouse gas carbon dioxide into graphene. Recuperado 3 diciembre, 2019, de https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=54125.php

Categorías: Ciencia

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