Molti processi industriali emettono anidride carbonica nell'atmosfera. Sfortunatamente, però, Gli attuali metodi di separazione elettrochimica sono costosi e consumano grandi quantità di energia. Richiedono anche metalli costosi e rari come catalizzatori. Uno studio sulla rivista Angewandte Chemie descrive un nuovo elettrocatalizzatore di aerogel formato da una lega metallica poco costosa, che consente una conversione elettrochimica altamente efficiente dell'anidride carbonica. Il prodotto principale è l'acido formico, che è una sostanza chimica di base non tossica.

Catturare e fissare chimicamente l'anidride carbonica dai processi industriali sarebbe un enorme passo avanti verso la neutralità del carbonio. Per evitare che il famigerato gas serra fuoriesca nell'aria, può essere compresso e memorizzato. Un'altra opzione è la conversione elettrochimica per dare altri composti di carbonio.

Però, a causa dell'elevato consumo energetico e del costo dei catalizzatori, i metodi di separazione elettrochimica non possono essere utilizzati su scala industriale. Ciò ha spinto Tianyi Ma della Swinburne University of Technology di Hawthorn, Australia, e colleghi per indagare sui materiali sostitutivi. Gli elettrocatalizzatori attualmente utilizzati sono realizzati con metalli preziosi come platino e renio. Catalizzano i processi di fissazione elettrochimica del carbonio in modo molto efficiente, ma sono anche molto costosi.

Gli autori hanno scoperto che i metalli non preziosi stagno e bismuto possono formare aerogel, che sono materiali incredibilmente leggeri con proprietà catalitiche particolarmente promettenti. Gli aerogel contengono una rete ultraporosa che promuove il trasporto di elettroliti. Offrono anche numerosi siti in cui possono aver luogo i processi elettrochimici.

Per produrre gli aerogel, il team ha miscelato una soluzione di bismuto e sali di stagno con un agente riducente e uno stabilizzante. La semplice agitazione di questa miscela ha portato a un idrogel stabile di una lega di bismuto-stagno dopo sei ore a temperatura ambiente. Un semplice processo di liofilizzazione ha prodotto l'aerogel, formato da nanofili ramificati e intrecciati in modo lasco.

Gli autori hanno scoperto che l'aerogel bimetallico si è comportato eccezionalmente bene per la conversione dell'anidride carbonica. Rispetto al bismuto puro, stagno puro, o la lega non liofilizzata, è stata osservata una densità di corrente significativamente più elevata. La conversione è avvenuta con un'efficienza del 93%, che era almeno altrettanto efficiente, se non di più, rispetto ai materiali standard attualmente utilizzati, indicando un processo a basso spreco.

Il processo ha mostrato "un'eccellente selettività e stabilità per la produzione di acido formico a pressione normale a temperatura ambiente". Gli unici sottoprodotti erano monossido di carbonio e idrogeno formati in quantità minuscole. Gli autori spiegano che questa selettività e stabilità erano il risultato delle condizioni energetiche sulla superficie della lega. Qui, le molecole di anidride carbonica si accumulano in modo tale che l'atomo di carbonio è libero di legare gli atomi di idrogeno alle molecole d'acqua. Questo dà acido formico come prodotto preferito.

Questa ricerca suggerisce prospettive future positive per altre combinazioni di metalli. È probabile che altri metalli non preziosi si convertano in aerogel, formando poco costoso, non tossico, e catalizzatori altamente efficienti per la riduzione elettrochimica dell'anidride carbonica.