Científicos de la Universidad de Kyushu y la Universidad de Kumamoto en Japón han desarrollado un nuevo catalizador capaz de ayudar en tres reacciones clave para el uso de hidrógeno en la energía y la industria. Inspirado en tres tipos de enzimas de la naturaleza, esta investigación puede ayudar a dilucidar relaciones desconocidas entre catalizadores, allanando el camino para el uso eficiente del gas hidrógeno como fuente de energía de próxima generación en el futuro.

Producir solo agua cuando se usa en una celda de combustible para generar electricidad, El hidrógeno es muy prometedor como fuente de energía limpia para hacer frente a los desafíos medioambientales que se afrontan en todo el mundo. Una clave para establecer el hidrógeno como fuente de energía de próxima generación es el desarrollo de catalizadores, químicos que ayudan y aceleran las reacciones sin ser consumidos en el proceso, que ayudan a usarlo de manera eficiente.

Los catalizadores juegan un papel no solo en la división de las moléculas de hidrógeno para generar electricidad en las celdas de combustible, sino también en unir átomos de hidrógeno para formar el combustible. El hidrógeno también tiene muchas aplicaciones en la industria química, a menudo se unen a moléculas a través del proceso de hidrogenación para modificar sus propiedades.

La naturaleza ya ha desarrollado su propio conjunto de catalizadores biológicos, conocidas como enzimas, capaz de estas mismas reacciones fundamentales. Sin embargo, cada una de estas tres reacciones requiere un tipo diferente de enzima, y estas enzimas hidrogenasas se pueden agrupar por los metales que contienen:un átomo de níquel y hierro cada uno, dos átomos de hierro, o un solo átomo de hierro.

Inspirándose en la naturaleza, Los equipos de investigación dirigidos por Seiji Ogo de la Universidad de Kyushu y Shinya Hayami de la Universidad de Kumamoto ahora informan en la revista. Avances de la ciencia que un solo catalizador puede realizar las tres funciones.

"Observando de cerca las estructuras clave de los tres tipos de enzimas hidrogenasas en la naturaleza, pudimos diseñar una molécula que pudiera imitar todas estas estructuras dependiendo de dónde se adhiera el hidrógeno, "dijo Ogo, profesor del Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad de Kyushu.

El catalizador que desarrollaron los científicos contiene níquel y hierro como metales clave. Dependiendo de las condiciones de reacción, Los átomos de hidrógeno se conectarán a la molécula de una manera ligeramente diferente, lo que lleva a una torsión de la molécula que la coloca en una configuración más adecuada para uno de los tres tipos de reacciones.

Si bien las enzimas de la naturaleza dependen de diferentes conjuntos de metales para lograr estas reacciones, el catalizador recientemente desarrollado aprovecha que el giro molecular es suficiente para cambiar entre estructuras similares a las de los tres tipos de enzimas, obteniendo así funciones similares sin cambiar los metales.

"En cierto sentido, hemos creado una molécula con un volante en ella, "explica Ogo." Al girar el volante y torcer partes de la molécula, podemos convertirlo en tres tipos diferentes de catalizadores:uno para pilas de combustible, uno para la producción de hidrógeno, y otro para hidrogenación ".

Ogo agrega, "Esto nos ha permitido desentrañar tres funciones que antes estaban entrelazadas".

Si bien la molécula puede no ser adecuada para aplicaciones prácticas en la actualidad, apunta hacia la posibilidad de desarrollar un solo catalizador con múltiples usos. Más importante, La mejor comprensión de los procesos catalíticos que ofrece esta molécula puede brindar una visión crucial de las enzimas naturales y el desarrollo de futuros catalizadores para lograr una sociedad impulsada por hidrógeno.