Cribado computacional de alto rendimiento de aleaciones de doble átomo bioinspiradas para la activación de CO2

Área de la Ciencia:

• Catálisis
• Ciencias de los materiales
• Química computacional

Sus antecedentes:

• La activación del dióxido de carbono (CO2) es crucial para convertir el CO2 en combustibles y productos químicos.
• La estabilidad inherente y las barreras cinéticas del CO2 presentan desafíos significativos en la catálisis.
• Los métodos actuales a menudo luchan con la activación eficiente de CO2.

Objetivo del estudio:

• Diseñar e investigar aleaciones de doble átomo (DAA) para la activación mejorada con CO2.
• Para imitar el entorno de activación con CO2 de la deshidrogenasa de monóxido de carbono anaeróbica de Ni-Fe en catalizadores heterogéneos.
• Identificar composiciones específicas de DAA con mejores propiedades de unión y catalización del CO2.

Principales métodos:

• Selección computacional de varias aleaciones de átomos duales (DAA) incrustadas en una matriz de cobre (Cu).
• Cálculos de la estabilidad termodinámica para los AAD propuestos.
• Análisis de las energías de unión del CO2 y del monóxido de carbono (CO).
• Selección de características de aprendizaje automático para identificar las propiedades clave del dopaje.

Principales resultados:

• Los DAA basados en Cu, incluidos los homo- y heterodímeros, exhiben una mayor unión covalente al CO2 que el Cu puro.
• Las combinaciones de metales de transición temprana y tardía en Cu DAA son termodinámicamente estables.
• Los DAA identificados mantienen energías de unión de CO comparables a las de Cu, previniendo el envenenamiento superficial y permitiendo la formación de enlaces C-C.
• El aprendizaje automático indicó que los dopantes electropositivos son clave para una fuerte unión al CO2.

Conclusiones:

• Los DAA basados en Cu ofrecen una estrategia prometedora para superar los cuellos de botella de activación de CO2.
• Se proponen siete DAA basados en Cu y dos aleaciones de un solo átomo (SAA) para una fácil activación con CO2.
• Los hallazgos proporcionan una vía para diseñar catalizadores eficientes para la conversión de CO2.