Una de las fuentes principales de emisión de CO2, es la quema de combustibles fósiles (carbón, derivados de petróleo y gas), reacciones químicas de procesos de manufactura (como la producción de cemento y acero), y cambios de uso de suelo (deforestación). De estas fuentes de emisión el 75% se debe a la combustión de los combustibles fósiles (energía y transporte principalmente) y un 25% a cambios de usos del suelo o deforestación. El reto actual es abatir los altos porcentajes presentes en la atmósfera de este gas, de esta manera se han propuesto y desarrollado nuevos procesos y métodos, de los cuales se destaca el secuestro o reducción electroquímica del CO2 hacia la obtención ya sea de productos precursores para la formación de otros hidrocarburos de valor agregado o bien su simple reducción sin control de los productos formados. En este proyecto se propone una estrategia de estudio para la reducción electroquímica de CO2 utilizando matrices de nanocarbón (Negros de carbón y/o nanofibras) modificadas mediante el crecimiento electroquímico de partículas metálicas sea de cobre, paladio u óxido de rutenio (RuO2) entre otros, además de su correspondiente caracterización y evaluación en la eficiencia de reducción electroquímica de CO2, considerando medios acuosos y orgánicos. Es importante mencionar que uno de los objetivos del trabajo es asociar el estado superficial de las partículas (tamaño, morfología, dispersión sobre la matriz, etc.) con su capacidad catalítica, donde un estudio fundamental de electrocristalización brindará la información necesaria del estado inicial de nucleación y crecimiento de las partículas.

A pesar de que el tema de abatimiento de CO2 es un tema de actualidad y que la literatura reporta muchos estudios, son pocos los trabajos relacionados con la importancia de la matriz soporte asociada a la formación y dispersión del material catalítico (partículas metálicas micro o nanoestructuradas) relacionados con la eficiencia en la obtención de un sólo producto, específicamente metanol [20,24]. Debido a la relevancia que tiene el material catalítico soportado en una matriz, en este proyecto se pretende optimizar materiales electrocatalizadores para la reducción electroquímica del CO2 y la obtención preferencial de metanol. Para lo cual se proponen matrices de nanocarbón (Negros de carbón y/o nanofibras) modificadas mediante el crecimiento electroquímico de partículas metálicas sea de cobre, paladio rutenio, etc y su correspondiente caracterización y evaluación de eficiencia en la reducción electroquímica de CO2, considerando medios acuosos y orgánicos. Las matrices de nanocarbón son inertes químicamente en diferentes sistemas orgánicos y acuosos, así como en diferentes pHs por lo que la vida útil en los sistemas de estudio se garantiza además de ser económico y accesible comercialmente. Por otra parte en el CIE, departamento de Materiales Solares, se han desarrollado proyectos: (CONACYT:2001 y 2007-2009); DGAPA (2003-2005, 2006-2008) y Proyecto Universitario de Nanotecnología para el Secuestro de CO2 (PUNTA-UNAM), en los que se han estudiado y se estudia actualmente materiales de nanocarbón como alternativas potenciales en el almacenamiento de electroquímico hidrógeno, almacenamiento de carga (capacitores electroquímicos) y propiedades electrocatalíticas. En estos proyectos ha logrado la participación de estudiantes de Licenciatura, Maestría y Doctorado, los resultados han sido difundidos en diferentes foros nacionales [35-46] e internacionales [47-54] además se han publicado diferentes artículos [55-65]. De tal manera que se cuenta con la experiencia en el tema, hecho que garantiza el desarrollo adecuado del proyecto. Así mismo el presente proyecto representa una continuación y la posibilidad de fortalecer una línea de investigación importante en el Departamento de Materiales Solares del CIE-UNAM, “Materiales compositos a partir de Fulerenos, Nanotubos y otras formas de carbón, para su aplicación en la generación, almacenamiento de energía y electrocatálisis”.Además de permitir un desarrollo más completo sobre este tema, considerando que el Carbón y sus compuestos están considerados como uno de los materiales del futuro, por lo que es importante contar con experiencia en la aplicación y desarrollo de materiales de carbón, especialmente es muy relevante que el Centro de Investigación en Energía cuente con un grupo de investigación dedicado a las aplicaciones y desarrollo de materiales de carbón (asociación Carbón/Energía/medio ambiente).