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Al incrustar un catalizador de plata dentro de un cristal poroso, Los investigadores de KAUST han mejorado una reacción química que convierte el dióxido de carbono (CO 2 ) en monóxido de carbono (CO), que es una materia prima útil para la industria química.
El monóxido de carbono es un componente básico para la producción de combustibles de hidrocarburos, y muchos investigadores están buscando formas de producirlo a partir de CO 2 , un gas de efecto invernadero emitido por la quema de combustibles fósiles. Una estrategia implica el uso de electricidad y un catalizador para impulsar un llamado CO 2 reacción de reducción. Pero esta reacción generalmente produce una variedad de otros productos, incluido el metano, metanol y etileno. Separar estos productos eleva significativamente el costo del proceso, por lo que los investigadores esperan orientar la reacción para generar un solo producto.
Osama Shekhah y Mohamed Eddaoudi, químicos en KAUST, en colaboración con el grupo de Ted Sargent en la Universidad de Toronto, ahora han ajustado el CO 2 reacción de reducción utilizando estructuras organometálicas (MOF). Estos cristales porosos contienen una red de nodos basados en metales conectados por moléculas enlazadoras basadas en carbono. Al alterar estos componentes, los investigadores pueden adaptar el tamaño de los poros de un MOF y sus propiedades químicas.
Los investigadores crearon cuatro MOF diferentes con la misma disposición de celosía general y desarrollaron nanopartículas de plata de 5 nanómetros de ancho dentro de los poros de cada MOF. Luego probaron cada MOF para encontrar cómo su estructura afectaba al CO 2 reacción de reducción. Monitorearon qué productos emergieron del proceso y estudiaron cómo una forma activada de CO, un intermedio crucial en la reacción, se unía al catalizador de plata.
El MOF más efectivo contenía nodos basados en circonio conectados por moléculas de 1, Ácido 4-naftalenodicarboxílico. Porque tiene poros más pequeños, su capacidad para atrapar CO 2 superó a sus rivales.
La nanopartícula de plata en este MOF también se unió al CO activado de una manera diferente a las demás, conectando en un "modo puente" que involucra dos enlaces en lugar de uno. Esto aseguró que era menos probable que el CO se transformara en subproductos no deseados. "El control del tipo de CO intermedio durante la reacción tiene una gran influencia en la selectividad del CO, "dice Shekhah. Juntos, Estos efectos aumentaron la eficiencia de la producción de CO al 94 por ciento, una mejora espectacular en la selectividad.
Los investigadores esperan desarrollar su estrategia, haciendo más ajustes a la estructura del MOF para mejorar el CO 2 reacción de reducción. "Creemos que este trabajo allana el camino para el uso de MOF como nuevos soportes para mejorar la actividad y la selectividad del producto del CO 2 reacción de reducción interactuando directamente con los intermedios gaseosos y controlando su modo de unión, "dice Eddaoudi.
