Conversión de CO2 en ácido fórmico utilizando un compuesto a base de hierro con soporte de alúmina

fotoreducción de CO_dos en combustible transportable como el ácido fórmico (HCOOH) es una excelente manera de lidiar con el CO_dosEl aumento de los niveles en la atmósfera. Para ayudar con 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 de manera eficiente el CO_dos en HCOOH con ~90% de selectividad.

El aumento de CO_dos 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 CO atmosférico_dos en sustancias químicas ricas en energía.

Producción de combustibles como ácido fórmico (HCOOH) por fotorreducción de CO_dos 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 CO_dos emisiones, y también ayudar a minimizar la escasez de energía que estamos experimentando actualmente. Al ser un excelente portador de hidrógeno con alta densidad de energía, el HCOOH puede proporcionar energía a través de la combustión y solo libera agua como subproducto.

Para hacer realidad esta lucrativa solución, los científicos han desarrollado sistemas fotocatalíticos que pueden reducir el CO_dos 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 múltiples transferencias de electrones necesarias para reducir el CO_dos en HCOOH. Y así comenzó la búsqueda de un adecuado y catalizador eficiente.

Los catalizadores sólidos fueron considerados los mejores candidatos para esta tarea, debido a su eficiencia y reciclabilidad potencial, y con los años, las capacidades catalíticas de muchos cobalto, manganeso, níquel y hierro estructuras organometálicas (MOFs) han sido explorados, y estos últimos tienen 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.

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 Chemieel equipo presentó una alúmina (Al_dosLA₃catalizador a base de hierro soportado sobre ) utilizando oxihidróxido de alfa-hierro (III) (α-FeOOH; geotita). El nuevo α-FeOOH/Al_dosLA₃ el catalizador mostró un CO más alto_dos a las propiedades de conversión de HCOOH junto con una excelente reciclabilidad. Cuando se le preguntó acerca de su elección de catalizador, el Prof. Maeda dice: «Queríamos explorar elementos más abundantes como catalizadores en un CO_dos sistema de fotorreducción. Necesitamos un catalizador sólido que sea activo, reciclable, no tóxico y económico, razón por la cual elegimos un mineral de suelo generalizado como la goethita para nuestros experimentos».

El equipo adoptó un método de impregnación simple para sintetizar su catalizador. Luego usaron el hierro cargado Al_dosLA₃ material para reducción fotocatalítica de CO_dos en el temperatura ambiente en presencia de un fotosensibilizador a base de rutenio (Ru), un donante de electronesy 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 primer catalizador sólido a base de hierro que puede generar HCOOH cuando se acompaña de un fotosensibilizador eficaz. También explora la importancia de un material de apoyo adecuado (Al_dosLA₃) y su efecto sobre la reacción de reducción fotoquímica.

Los conocimientos de esta investigación pueden ayudar en el desarrollo de nuevos catalizadores, libres de metales preciosos—para la fotorreducción de CO_dos en otros productos químicos útiles. «Nuestro estudio muestra que el camino hacia un ahorro de energía más ecológico no tiene por qué ser complicado. Se pueden lograr grandes resultados incluso adoptando medidas sencillas Catalizador métodos de preparación y compuestos bien conocidos y abundantes en la tierra pueden usarse como catalizadores selectivos para CO_dos reducción, si se complementa con compuestos como la alúmina», concluye el Prof. Maeda.