Se descubrió que un mineral del suelo ampliamente difundido, el alfa-hierro-(III) oxihidróxido, se convirtió en un catalizador reciclable para la fotorreducción del dióxido de carbono en ácido fórmico. Crédito:Profesor Kazuhiko Maeda
Fotoreducción de CO2 en combustible transportable como el ácido fórmico (HCOOH) es una excelente manera de lidiar con el CO2 El aumento de los niveles en la atmósfera. Para ayudar en esta misión, un equipo de investigación de Tokyo Tech eligió un mineral a base de hierro fácilmente disponible y lo cargó en un soporte de alúmina para desarrollar un catalizador que pueda convertir CO2 de manera eficiente. en HCOOH con ~90% de selectividad.
El aumento de CO2 niveles en nuestra atmósfera y su contribución al calentamiento global es ahora noticia común. A medida que los investigadores experimentan con diferentes formas de combatir este problema, ha surgido una solución eficiente:convertir el exceso de CO2 atmosférico en productos químicos ricos en energía.
Producción de combustibles como el ácido fórmico (HCOOH) por fotorreducción de CO2 bajo la luz solar ha llamado mucho la atención recientemente debido al doble beneficio que se puede obtener de este proceso:puede reducir el exceso de CO2 emisiones, y también ayudar a minimizar la escasez de energía que enfrentamos actualmente. Al ser un excelente portador de hidrógeno con alta densidad de energía, el HCOOH puede proporcionar energía a través de la combustión mientras libera solo agua como subproducto.
Para hacer realidad esta lucrativa solución, los científicos desarrollaron sistemas fotocatalíticos que podrían reducir el CO2 con la ayuda de la luz del sol. Dicho sistema consta de un sustrato que absorbe la luz (es decir, un fotosensibilizador) y un catalizador que puede permitir las transferencias multielectrónicas necesarias para reducir el CO2 en HCOOH. Y así comenzó la búsqueda de un catalizador adecuado y eficiente.
Los catalizadores sólidos se consideraron los mejores candidatos para esta tarea, debido a su eficiencia y reciclabilidad potencial y, a lo largo de los años, se han explorado las capacidades catalíticas de muchas estructuras metalorgánicas (MOF) a base de cobalto, manganeso, níquel y hierro, con este último tiene algunas ventajas sobre otros metales. Sin embargo, la mayoría de los catalizadores a base de hierro informados hasta ahora solo producen monóxido de carbono como producto principal, en lugar de HCOOH.
Crédito:Profesor Kazuhiko Maeda
Sin embargo, este problema pronto fue resuelto por un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) dirigido por el Prof. Kazuhiko Maeda. En un estudio reciente publicado en Angewandte Chemie , el equipo presentó una alúmina (Al2 O3 Catalizador a base de hierro con soporte de ) que utiliza oxihidróxido de alfa-hierro (III) (α-FeOOH; geotita). El nuevo α-FeOOH/Al2 O3 catalizador mostró CO2 superior a propiedades de conversión de HCOOH junto con una excelente reciclabilidad. Cuando se le preguntó acerca de su elección de catalizador, el profesor Maeda dice:"Queríamos explorar elementos más abundantes como catalizadores en un CO2 sistema de fotorreducción. Necesitamos un catalizador sólido que sea activo, reciclable, no tóxico y económico, razón por la cual elegimos un mineral común en el suelo como la goethita para nuestros experimentos".
El equipo adoptó un método de impregnación simple para sintetizar su catalizador. Luego usaron el Al2 cargado con hierro O3 material para reducción fotocatalítica de CO2 a temperatura ambiente en presencia de un fotosensibilizador a base de rutenio (Ru), un donador de electrones y luz visible con una longitud de onda superior a 400 nanómetros.
Los resultados fueron bastante alentadores; su sistema mostró una selectividad del 80-90 % hacia el producto principal, HCOOH, y un rendimiento cuántico del 4,3 % (lo que indica la eficiencia del sistema).
Este estudio presenta un catalizador sólido a base de hierro, el primero de su tipo, que puede generar HCOOH cuando se acompaña de un fotosensibilizador eficaz. También explora la importancia de un material de apoyo adecuado (Al2 O3 ) y su efecto en la reacción de reducción fotoquímica.
Los conocimientos de esta investigación podrían ayudar en el desarrollo de nuevos catalizadores, libres de metales preciosos, para la fotorreducción de CO2 en otros productos químicos útiles. "Nuestro estudio muestra que el camino hacia una economía energética más verde no tiene por qué ser complicado. Se pueden lograr grandes resultados incluso mediante la adopción de métodos simples de preparación de catalizadores y se pueden usar compuestos bien conocidos y abundantes en la tierra como catalizadores selectivos para CO2 reducción, si están respaldados por compuestos como la alúmina", concluye el profesor Maeda. + Explore más
