Es un sueño largamente acariciado:eliminar de la atmósfera el gas inerte de efecto invernadero dióxido de carbono y utilizarlo como material básico para la industria química. Esto podría abordar dos problemas importantes a la vez al contener el cambio climático y al mismo tiempo reducir la dependencia del petróleo. Los físicos-químicos de la Universidad de Bonn están en proceso de hacer contribuciones significativas a esta visión. Han descubierto una nueva forma de crear una forma altamente reactiva de dióxido de carbono con la ayuda de pulsos de láser. Los resultados se han publicado online con antelación y pronto se presentarán en la edición impresa de la revista. Angewandte Chemie .
Cotidiano, la naturaleza muestra a los humanos cómo unir elegantemente el dióxido de carbono del aire y transformarlo en una materia prima muy necesaria. Las plantas realizan la fotosíntesis con sus hojas verdes cuando se exponen a la luz. El oxígeno y el azúcar proveedor de nutrientes y energía que tanto se necesita se crean a partir del dióxido de carbono y el agua con la ayuda de la luz solar.
"Los científicos se han esforzado por imitar este modelo durante mucho tiempo, por ejemplo, para utilizar dióxido de carbono para la industria química, ", dice el Prof. Dr. Peter Vöhringer del Instituto de Química Física y Teórica de la Universidad de Bonn. Lo que hace que el concepto sea difícil de implementar es que es muy difícil impulsar el dióxido de carbono en nuevas asociaciones con otras moléculas.
Con su equipo, El físico-químico ha descubierto ahora una nueva forma de generar una variante altamente reactiva del gas de efecto invernadero inerte y difícil de unir. Los investigadores utilizaron un llamado complejo de hierro:el centro contiene un átomo de hierro cargado positivamente, al que los constituyentes del dióxido de carbono ya están unidos varias veces. Los científicos dispararon pulsos láser ultracortos de luz ultravioleta sobre este complejo de hierro, que rompió ciertos lazos. El producto resultante fue el llamado radical dióxido de carbono, que también forma nuevos vínculos con cierta radicalidad.
Dichos radicales tienen un solo electrón en su capa externa que desea unirse de manera urgente y permanente a otra molécula o átomo. "Es este electrón desapareado el que distingue nuestro anión radical reactivo unido al átomo de hierro central del dióxido de carbono inerte y lo hace tan prometedor para los procesos químicos". "explica el autor principal, Steffen Straub, del equipo de Vöhringer. Los radicales, a su vez, podrían ser los componentes básicos de productos químicos interesantes, como el metanol como combustible o la urea para síntesis químicas y el ácido salicílico como analgésico.
El espectrómetro muestra moléculas en funcionamiento
Con su espectrómetro láser e infrarrojo, un gran aparato en el sótano del instituto, los científicos observan cómo funcionan las moléculas. El espectrómetro mide las vibraciones características de las moléculas, y esta "huella digital" les permite identificar los enlaces entre diferentes átomos. "La formación del radical de dióxido de carbono dentro del complejo de hierro cambia los enlaces entre los átomos, que reduce la frecuencia de la vibración característica del dióxido de carbono, "explica Straub.
Con instinto forense, los científicos pudieron demostrar que los pulsos de láser realmente producen el radical reactivo de dióxido de carbono. Primero, el equipo simuló los espectros vibracionales de las moléculas en la computadora, luego comparó los cálculos con las mediciones. El resultado:la simulación y el experimento fueron una excelente combinación. Como una "película molecular, "el espectrómetro tomó" instantáneas "en la resolución temporal inimaginable de millonésimas de mil millonésimas de segundo. Sobre la base de los espectros, que corresponden a las imágenes individuales de una película, así se puede revelar, esencialmente en cámara lenta, cómo el complejo de hierro se deforma bajo la iluminación láser pulsada en varias etapas, los enlaces se rompen y finalmente se forma el radical.
"Nuestros hallazgos tienen el potencial de cambiar fundamentalmente las ideas sobre cómo extraer el gas de efecto invernadero dióxido de carbono de la atmósfera y utilizarlo para producir importantes productos químicos". "dice Vöhringer. Sin embargo, Todavía tendrían que desarrollarse catalizadores adecuados para uso industrial porque los pulsos de láser no son eficientes para la conversión a gran escala. "Sin embargo, Nuestros resultados proporcionan pistas sobre cómo debería diseñarse un catalizador de este tipo, ", agrega el científico. El estudio actual encaja con las áreas de perfil clave multidisciplinarias sobre sostenibilidad, así como la investigación de la materia en la Universidad de Bonn.
