Un nuevo estudio realizado por científicos de la Universidad de Yale y la Universidad de Missouri muestra que los catalizadores hechos de manganeso pueden convertir eficientemente el dióxido de carbono en formiato. El manganeso está ampliamente disponible y es de bajo costo, lo que lo convierte en una alternativa atractiva a los metales costosos. El formiato se considera un material prometedor para el almacenamiento de hidrógeno, que podría ayudar a impulsar la próxima generación de pilas de combustible.
La investigación se publica en la revista. química. Los autores principales son el investigador postdoctoral de Yale, Justin Wedal, y el asistente de investigación graduado de la Universidad de Missouri, Kyler Virtue. Los autores principales incluyen al profesor de Yale Niloy Hazari y al profesor Wesley Burnschoetter de la Universidad de Missouri.
Por qué las pilas de combustible de hidrógeno son importantes
Las pilas de combustible de hidrógeno funcionan convirtiendo la energía química del hidrógeno en electricidad, de forma muy parecida a lo que hace una batería. Aunque la tecnología promete generar energía limpia, su adopción a gran escala se ha visto limitada por la dificultad y el costo de producir y almacenar hidrógeno de manera eficiente.
“La utilización del dióxido de carbono es ahora una prioridad a medida que buscamos materias primas químicas renovables para reemplazar las materias primas derivadas de combustibles fósiles”, dijo Hazari, profesor de química John Randolph Huffman y presidente de química de la Facultad de Artes y Ciencias (FAS) de Yale.
formato como portador de hidrógeno
El ácido fórmico, la forma protonada del formiato, ya se ha producido a escala industrial. Se utiliza comúnmente como conservante, agente antibacteriano y curtiente de cuero. Muchos científicos también lo ven como una fuente práctica de hidrógeno para pilas de combustible, si se puede producir de forma sostenible y eficiente.
Hoy en día, la mayor parte de la producción de formato industrial depende de combustibles fósiles, lo que limita sus beneficios ambientales a largo plazo. Los investigadores dicen que una alternativa más limpia podría ser producir formato directamente a partir del dióxido de carbono del aire. Este método reducirá los niveles de gases de efecto invernadero y producirá un producto químico útil.
El desafío del catalizador
Se necesita un catalizador para convertir el dióxido de carbono en formiato, y esto plantea un obstáculo importante. Muchos de los catalizadores más eficientes desarrollados hasta la fecha dependen de metales preciosos que son caros, escasos y a menudo tóxicos. Los metales más abundantes se descomponen rápidamente, lo que reduce su capacidad para llevar a cabo reacciones químicas.
Cómo el manganeso superó las expectativas
El equipo de investigación desarrolló una nueva técnica para superar este problema. Al rediseñar la estructura del catalizador, ampliaron significativamente la vida útil de los catalizadores a base de manganeso. Como resultado, estos catalizadores funcionaron mejor que la mayoría de las alternativas de metales preciosos.
Según los investigadores, la mejora clave provino de agregar un átomo donador adicional al diseño del ligando (los ligandos son átomos o moléculas que se unen a átomos metálicos y afectan la reactividad). Esta modificación ayudó a estabilizar el catalizador y mantener su eficacia.
“Estoy emocionado de ver que el diseño de ligandos da resultados de una manera tan significativa”, dijo Wedal.
Amplias implicaciones para la química limpia
El equipo cree que este método puede aplicarse más allá de la conversión de dióxido de carbono. Principios de diseño similares podrían mejorar los catalizadores utilizados en otras reacciones químicas, ampliando potencialmente el impacto del trabajo.
Los investigadores de Yale Brandon Mercado y Nicole Paikut también contribuyeron al estudio. La financiación de la investigación fue proporcionada por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE.UU.
