Investigadores de la Universidad de Michigan (UM) han desarrollado un material catalizador conocido como ftalocianina de cobalto que convierte el dióxido de carbono, un importante impulsor del cambio climático, en combustibles renovables como el metanol.
Publicado en la revista ACS Catalysis, los investigadores de la UM estudiaron el uso de ftalocianina de cobalto como catalizador para convertir dióxido de carbono en metanol a través de múltiples pasos de reacción. El primer paso convierte el dióxido de carbono (CO2) en monóxido de carbono (CO) y el segundo paso convierte el CO en metanol.
Este enfoque presenta un método sostenible para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y al mismo tiempo ofrece una vía para producir energía limpia.
Los científicos llevan mucho tiempo intentando encontrar una manera de convertir químicamente el CO2 en combustibles como el metanol. El metanol podría utilizarse potencialmente para impulsar vehículos de una manera más respetuosa con el medio ambiente.
Si bien la conversión de CO2 en metanol se ha industrializado, lograr esta transformación a gran escala mediante procesos electroquímicos ha demostrado ser un desafío importante.
“Nuestro enfoque es único porque podemos reunir y unir todo el conocimiento que cada campo tiene sobre el mismo problema. Tenemos científicos e ingenieros dentro de un solo equipo, intercambiando ideas y recopilando ideas para diseñar y comprender el sistema de la mejor manera posible”, dijo el coautor principal Kevin Rivera-Cruz, quien recientemente recibió un doctorado en química de la UM.
La clave está en el cobalto
La ftalocianina de cobalto actúa como un gancho molecular para las moléculas de CO2 o CO. La disposición de estas moléculas alrededor del metal cobalto (la geometría) es crucial porque determina la fuerza con la que se une cada molécula de gas. Descubrieron que el problema es que la ftalocianina de cobalto se une mucho más fuertemente a las moléculas de CO2 que a las moléculas de CO. Debido a esto, una vez que se produce CO en el primer paso, el CO es desplazado por otra molécula de CO2 antes de que pueda convertirse en metanol.
Utilizando modelos computacionales avanzados, los investigadores calcularon que la ftalocianina de cobalto se une al CO2 con una fuerza tres veces mayor que al monóxido de carbono. También lo confirmaron mediante experimentos que midieron las velocidades de reacción al variar las cantidades de CO2 y CO.
Los investigadores demostraron que la diferencia en la afinidad de unión tiene que ver con cómo interactúan los electrones del catalizador con las moléculas de CO2 y CO. Para resolver este problema, los investigadores sugieren rediseñar el catalizador de ftalocianina de cobalto para fortalecer la forma en que interactúa con el CO y disminuir la fuerza con la que se une al CO2.
Resolver este obstáculo podría allanar el camino para el uso de catalizadores como la ftalocianina de cobalto para convertir eficientemente los residuos de CO2 en combustible de metanol a gran escala.
Los coautores incluyen a Libo Yao, Paul Zimmerman, Nirala Singh y Charles McCrory de la UM.
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