Reducción electrocatalítica asimétrica de nitratos a amoníaco en una heterointerfaz de Cu₂O/CoO

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales; Electroquímica; Catálisis

Sus antecedentes:

• La contaminación por nitratos en aguas residuales presenta riesgos ambientales.
• La conversión eficiente de nitratos en productos valiosos como el amoníaco es crucial para la sostenibilidad.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar nuevas nanoaleaciones de cobre-cobalto (Cu-Co) para la reducción electrocatalítica de nitratos a amoníaco (ENRA).
• Elucidar la relación estructura-actividad que rige el proceso ENRA en nanoaleaciones Cu-Co.
• Demostrar la aplicación práctica de ENRA para el tratamiento de aguas residuales y la producción de amoníaco.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de nanoaleaciones Cu-Co.
• Mediciones electroquímicas que incluyen voltametría cíclica y cronoamperometría.
• Cálculos de Teoría de Funcionales de Densidad (DFT) para obtener información mecanicista.
• Acoplamiento de ENRA con extracción por aire para la recuperación de amoníaco.

Principales resultados:

• Las nanoaleaciones Cu-Co formaron una heterointerfaz Cu2O/CoO, facilitando la adsorción y hidrogenación de nitratos.
• La heterointerfaz promovió la adsorción dirigida de intermedios, mejorando la ruptura del enlace N-O.
• CuCo3 demostró un alto rendimiento: 74,7% de eliminación de nitratos, 98,7% de selectividad de amoníaco y 90,2% de eficiencia de Faraday a -0,6 V frente a RHE.
• El proceso integrado logró un 80% de recuperación de nitrógeno como NH4Cl sólido con un 73% de eficiencia energética.

Conclusiones:

• Las nanoaleaciones Cu-Co con heterointerfaz Cu2O/CoO son electrocatalizadores muy eficaces para ENRA.
• El diseño del catalizador optimiza la adsorción de intermedios y la activación del enlace N-O.
• El proceso acoplado de ENRA y extracción por aire ofrece una ruta viable para la remediación de nitratos y la síntesis de amoníaco a partir de aguas residuales.