Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio han desarrollado un fotocatalizador a base de polímeros para la reducción de CO2 que muestra un rendimiento sin precedentes. Fabricado con abundantes elementos y sin necesidad de complejos tratamientos o modificaciones posteriores a la síntesis, podría allanar el camino para una nueva clase de fotocatalizadores para convertir de manera eficiente el CO2 en productos químicos útiles.
La idea es convertir el CO2 en sustancias químicas útiles, como el monóxido de carbono (CO) y el ácido fórmico (HCOOH). En particular, los sistemas de reducción fotocatalítica de CO2 utilizan luz visible o ultravioleta para impulsar la reducción de CO2, al igual que las plantas utilizan la luz solar para realizar la fotosíntesis. En los últimos años, los científicos han presentado muchos fotocatalizadores sofisticados basados en estructuras organometálicas y polímeros de coordinación (CP). Desafortunadamente, la mayoría de ellos requieren complejos tratamientos y modificaciones posteriores a la síntesis o están hechos de metales preciosos.
En un estudio reciente publicado en ACS Catalysis, el equipo de investigación japonés encontró una manera de superar estos desafíos. Dirigido por el profesor asistente especialmente designado Yoshinobu Kamakura y el profesor Kazuhiko Maeda del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), el equipo desarrolló un nuevo tipo de fotocatalizador para la reducción de CO2 basado en un CP que contiene enlaces plomo-azufre (Pb -S). Conocido como KGF-9, el nuevo CP consiste en una estructura infinita (-Pb-S-) con propiedades diferentes a cualquier otro fotocatalizador conocido.
Por ejemplo, el KGF-9 no tiene poros ni huecos, lo que significa que tiene un área de superficie baja. A pesar de esto, sin embargo, logró una espectacular fotorreducción. Bajo irradiación de luz visible a 400 nm, el KGF-9 demostró un rendimiento cuántico aparente (rendimiento de producto por fotón absorbido) del 2,6 % y una selectividad de más del 99 % en la reducción de CO2 a formiato, sal de ácido fórmico con la fórmula HCOO-, que puede ser la base de una multiplicidad de compuestos orgánicos.
El Prof. Maeda declaró: “Estos valores son los más altos informados hasta ahora para la reducción de CO2 a HCOO- por un fotocatalizador de un componente, libre de metales preciosos. Nuestro trabajo podría arrojar luz sobre el potencial de los CP no porosos como unidades de construcción para sistemas fotocatalíticos de conversión de CO2”.
Además de su notable rendimiento, el KGF-9 es más fácil de sintetizar y utilizar que otros fotocatalizadores. Dado que los sitios activos de Pb (donde se produce la reducción de CO2) ya están “instalados” en su superficie, el KGF-9 no requiere la presencia de un cocatalizador, como nanopartículas metálicas o complejos metálicos. Tampoco requiere otras modificaciones post-sintéticas para funcionar a temperatura ambiente y bajo iluminación de luz visible. Prácticamente somos capaces de recrear parcialmente el proceso de fotosíntesis absorbiendo CO2 y obteniendo, a cambio, materias primas útiles para la industria química.
El equipo de Tokyo Tech ya está explorando nuevas estrategias para aumentar el área de superficie del KGF-9 y mejorar aún más su rendimiento. Como primer fotocatalizador con Pb (II) como centro activo, existe una buena posibilidad de que el KGF-9 allane el camino para una reducción de CO2 más económicamente factible. En este sentido, el equipo de investigación concluyó: “Creemos que nuestro estudio ofrece una oportunidad sin precedentes para el desarrollo de una nueva clase de fotocatalizadores rentables para la reducción de CO2, que consisten en abundantes elementos de la tierra”.
Esta noticia representa un punto de inflexión para la industria de los catalizadores. En primer lugar, el plomo, o el plomo, es un catalizador, lo cual es una sorpresa en sí mismo. Entonces no hay metales preciosos involucrados. ¡Y todo está ligado a un polímero! Esto puede ser un cambio de juego para las tecnologías de absorción de CO2 que podrían resolver el problema en el futuro.
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Esta es una traducción automática de una publicación publicada en Scenari economici en la URL https://scenarieconomici.it/il-problema-del-co2-una-tecnologia-innovativa-puo-superarlo/ el Fri, 07 Oct 2022 06:00:06 +0000.