Trabajar en buenas condiciones facilita la realización de un trabajo. Pero, ¿y si pudieras convertirte de bueno en genial? Eso es lo que hicieron los científicos por un catalizador popular que impulsa la conversión de dióxido de carbono en una materia prima prometedora conocida como formiato. Un catalizador a base de cobalto abundante en la Tierra impulsa la reacción en un solvente con una base súper fuerte que es costosa. Con algunos cálculos del reverso del sobre, El Dr. Eric Wiedner y sus colegas del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del DOE predijeron que el catalizador de cobalto podría tomar una ruta de reacción diferente para trabajar en agua con bicarbonato de sodio económico. comúnmente conocido como bicarbonato de sodio. ¿El resultado? El catalizador es el catalizador de metales no preciosos de mejor rendimiento para convertir dióxido de carbono en agua.

"Al utilizar predictores termodinámicos para diseñar catalizadores, hemos evitado el enfoque de escopeta y el tiempo y costo asociados, ", dijo Wiedner." Sabemos cómo controlar la termodinámica del catalizador, y ahora podemos ampliar nuestros hallazgos para diseñar nuevos sistemas catalíticos ".

El trabajo del equipo muestra que el entorno de reacción, incluido el catalizador, solvente, y base, influye fuertemente en la reacción. En este caso, los alrededores determinan cómo se desarrollará la reacción. Comprender la influencia del medio ambiente es fundamental para diseñar los mejores catalizadores. Y se necesitan los mejores catalizadores para transformar un contaminante común en una sustancia química que pueda servir como componente básico para la fabricación de combustibles y productos químicos de hidrocarburos.

¿Qué pasaría si el dióxido de carbono contaminante pudiera usarse como materia prima para productos químicos valiosos? La molécula se convertiría en un bloque de construcción de hidrocarburos. ¿Cómo? Primero agregando hidrógeno para crear formato (HCOO-). Un gran desafío es encontrar un sistema catalizador que pueda impulsar la reacción sin depender de productos químicos costosos. Un equipo de investigación del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico ideó un sistema catalizador a base de cobalto que funciona en el agua. El catalizador es el mejor cuando se trata de impulsar la reacción en agua sin depender de metales preciosos o bases caras.

El equipo predijo cómo reaccionaría el catalizador con el dióxido de carbono basándose en el impacto esperado del solvente en la transferencia de hidruro (H-), con el objetivo de trabajar en el agua. El mecanismo era diferente a los que ocurren en el solvente tradicional, tetrahidrofurano. El mecanismo resultante se basa en bicarbonato de sodio económico en lugar de una base fuerte y cara.

Guiado por las predicciones, el equipo probó el catalizador en agua con dióxido de carbono. Caracterizaron el rendimiento del catalizador mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear de alta presión utilizando una celda personalizada desarrollada y construida en PNNL. "Esta es una técnica poco común y poderosa en la comunidad de catálisis, ", dijo Wiedner. El análisis del equipo demostró que el catalizador había funcionado tal como se predijo.