Apropant la catàlisi heterogènia i homogènia en la conversió de CO2: un enfocament computacional

Resum

L’augment de la inquietud per l’impacte ambiental de les emissions de CO₂ generades per l’activitat humana ha impulsat la recerca de mètodes per transformar aquest gas en productes de major valor afegit. La simulació de reaccions químiques és essencial per millorar l'eficiència d'aquests processos, ja que proporciona informació valuosa per millorar-ne l'activitat i la selectivitat així com dels catalitzadors emprats. Durant les dues darreres dècades, l’ús de la teoria del funcional de la densitat (DFT) s’ha consolidat com una eina fonamental per aprofundir en la comprensió de la catàlisi tant heterogènia com homogènia, ja que permet descriure amb precisió a nivell atòmic i aportar informació clau per racionalitzar la catàlisi implicada. Aquesta tesi doctoral estudia la valorització del CO₂ mitjançant tres reaccions catalítiques, combinant càlculs teòrics DFT amb col·laboracions experimentals per entendre els mecanismes moleculars que regeixen aquests processos i afavorir el disseny racional de catalitzadors més eficients. El treball de resultats s'estructura en quatre capítols. En el primer es mostren els resultats obtinguts en la hidrogenació de CO₂ i CO a metanol amb catalitzadors basats en Cu/2D-Mo₂C, on la formació de format i HCOH resulten intermediaris clau, i destaca la importància de la interfície catalítica i l’activació heterolítica de l’hidrogen. El segon mostra l'anàlisi de l’activació directa de CO₂ amb metalls de transició suportats en MXenes, revelant una reactivitat superior dels sistemes Mo₂C respecte als Ti₂C, on també s'han utilitzat tècniques d’aprenentatge automàtic per predir propietats catalítiques amb gran precisió. En el tercer, l’àmbit de la reducció electroquímica del CO₂, s’han identificat catalitzadors monoatòmics sobre g-C₃N₄ amb gran potencial, com els basats en Ni, Cu, Ag i Au, destacant-ne l’eficiència, selectivitat i baix sobrepotencial. Finalment, en el quart estudi, els resultats en els complexos metàl·lics tipus salen amb metalls (Sc, Y, Co i Cr), ha permès comprendre els factors estructurals que afavoreixen la formació de carbonats cíclics a partir de CO₂ i epòxids sota condicions moderades, especialment amb metalls del grup III. En conjunt, la tesi aporta una comprensió mecanística detallada i eines predictives valuoses per avançar en el desenvolupament de tecnologies sostenibles de conversió de CO₂.

Data del Ajut	14 de jul. 2025
Idioma original	Català
Supervisor	Albert Poater Teixidor (Director/a) & Aleix Comas Vives (Director/a)