MXene Materials for CO(2) Capture and Transformation

Abstract

[eng] MXene materials, the low-dimensional counterpart of transition metal carbides and nitrides present suitable properties as catalysts in heterogeneous catalysis given the similar properties with transition metal carbides (TMC) but with the advantage of presenting high surface areas. Thus, MXene easily activate the CO2 molecule, being an emerging alternative as a catalyst to the processes of transformation of CO2 into chemical products of added value. In this Doctoral Thesis, three main topics are addressed, related to this. First, the abatement of CO2 by nitride MXenes, using kinetic phase diagrams to identify the conditions of pressure and temperature whether or not the CO2 is captured by the MXene. Second, the distinction between the different atomic stacking of the MXene, using vibrational modes of the CO2 molecule and finally, the Reverse Water Gas Shift reaction on the Mo2C MXene as catalyst, performing the analysis of the thermodynamic, kinetic and microkinetic aspects.

[cat] Els materials coneguts com MXene són la contrapart de baixa dimensionalitat dels carburs i nitrurs de metalls de transició. Aquests materials presenten propietats adequades per a catàlisi heterogènia donades les propietats similars a les dels carburs de metalls de transició (TMC), però amb l'avantatge de presentar àrees superficials més grans. D’aquesta manera, els MXene activen fàcilment la molècula de CO2, sent així una alternativa emergent com a catalitzador pels processos de transformació de CO2 en productes químics de valor afegit.

En aquesta tesi doctoral, s'aborden tres temes principals relacionats amb això. Primer, la reducció de CO2 per part de MXenes de nitrogen, utilitzant diagrames de fase cinètica per identificar les condicions de pressió i temperatura on el CO2 és capturat o no pel MXene. En segon lloc, la distinció entre els diferents apilaments atòmics del MXene, utilitzant modes vibracionals de la molècula de CO2 i, finalment, la reacció inversa de desplaçament del gas d'aigua al MXene Mo2C com a catalitzador, realitzant l'anàlisi dels aspectes termodinàmics, cinètics i microcinètics.