En un esfuerzo por desarrollar soluciones sostenibles para las necesidades energéticas de la humanidad, muchos científicos están estudiando la captura y utilización del carbono:la práctica de utilizar el exceso de dióxido de carbono en la atmósfera o de fuentes puntuales, en lugar de combustibles fósiles, para sintetizar los productos químicos utilizados para fabricar productos cotidianos, desde plásticos hasta combustibles y productos farmacéuticos.

Feng Jiao, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Delaware, es líder en el campo de la captura y utilización de carbono. Ahora, él y sus colegas han hecho un nuevo descubrimiento que podría hacer avanzar aún más la captura y utilización de carbono y extender su promesa a nuevas industrias.

En el diario Química de la naturaleza , Jiao y colaboradores del Instituto de Tecnología de California, Universidad de Nanjing (China), y la Universidad de Soochow (China) describen cómo formaron enlaces carbono-nitrógeno en una reacción electroquímica de reducción de monóxido de carbono, lo que llevó a la producción de sustancias químicas de alto valor llamadas amidas. Estas sustancias son útiles en una variedad de industrias, incluidos los productos farmacéuticos.

El equipo es el primero en hacer esto. "Ahora, comenzando con dióxido de carbono como fuente de carbono, podemos expandirnos a una variedad de productos, "dijo Jiao, el director asociado del Centro de Ciencia y Tecnología Catalítica (CCST) de la UD.

La ciencia detrás de estos hallazgos es la electroquímica, que utiliza electricidad para producir cambios químicos. En esfuerzos de investigación anteriores, Jiao desarrolló un catalizador de plata especial, que convierte el dióxido de carbono en monóxido de carbono. Próximo, quería mejorar aún más el monóxido de carbono en productos de múltiples carbono útiles en la producción de combustibles, productos farmacéuticos y más.

"En el campo de la conversión electroquímica de dióxido de carbono, nos quedamos atrapados con solo cuatro productos principales que podemos fabricar con esta tecnología:etileno, etanol, propanol, y, como informamos hace un par de meses en Catálisis de la naturaleza , acetato, "dijo Jiao.

El nitrógeno es el ingrediente secreto para desbloquear el potencial del sistema. El equipo utilizó un reactor de flujo electroquímico que normalmente se alimenta con dióxido de carbono o monóxido de carbono, pero esta vez pusieron monóxido de carbono y amoníaco, un compuesto que contiene nitrógeno. La fuente de nitrógeno interactúa con el catalizador de cobre en la interfaz electrodo-electrolito, que conduce a la formación de enlaces carbono-nitrógeno (CN). Este proceso permitió al equipo sintetizar sustancias químicas que nunca antes se habían fabricado de esta manera. incluyendo amidas, que se puede utilizar en síntesis farmacéutica. Muchos compuestos farmacéuticos contienen nitrógeno, y "esto en realidad proporciona una forma única de construir moléculas grandes que contienen nitrógeno de especies simples de carbono y nitrógeno, "dijo Jiao.

En una reunión de la American Chemical Society, Jiao compartió algunos de sus hallazgos preliminares con William A. Goddard III, investigador principal del Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial de Caltech. Goddard, un experto líder mundial que utiliza la mecánica cuántica para determinar el mecanismo de reacción y las velocidades de dichos procesos electrocatalíticos, Estaba muy emocionado con este descubrimiento inesperado e inmediatamente puso a su equipo. Tao Cheng en el laboratorio de Goddard descubrió que el nuevo acoplamiento de enlace carbono-nitrógeno era una consecuencia del mecanismo que se había determinado para la producción de etileno y etanol. sugiriendo que Jiao podría acoplar vínculos distintos a CN.

"A través de una estrecha colaboración con el Prof. Goddard, aprendimos bastante en términos de cómo se formó este enlace carbono-nitrógeno en la superficie del catalizador, ", dijo Jiao." Esto nos dio información importante sobre cómo podemos diseñar catalizadores aún mejores para facilitar algunos de estos tipos de reacciones químicas ".

Las implicaciones de este trabajo podrían ser de gran alcance.

"Esto tiene un impacto significativo en el futuro, Creo, para abordar parcialmente los problemas de emisión de dióxido de carbono, ", dijo Jiao." Ahora podemos utilizarlo como materia prima de carbono para producir productos químicos de alto valor ".