TECNOLOGÍA. Catalizadores MOF para la conversión de dióxido de carbono en productos útiles

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Con los marcos reticulares bien definidos y la modificabilidad flexible, los marcos organometálicos (MOF) pueden ser la plataforma ideal para construir los catalizadores habilitados para la hidrogenación de dióxido de carbono con la mejora de la actividad catalítica y el control preciso de la selectividad. Fuente: Prensa de la Universidad de Tsinghua

La emisión excesiva de gases de efecto invernadero, especialmente dióxido de carbono, está elevando rápidamente la temperatura global promedio. Capturar el dióxido de carbono y convertirlo en combustibles y productos químicos útiles puede ser una forma ideal de reducir la concentración de dióxido de carbono y aliviar este grave problema ambiental.

Entre las tecnologías que son prometedoras para la conversión de  se encuentra la hidrogenación de dióxido de carbonoEl interés es fuerte porque el hidrógeno es una  que se puede producir continuamente. Al trabajar para avanzar en la tecnología, varios investigadores han probado una variedad de catalizadores para la hidrogenación de dióxido de carbono, pero aún existen desafíos en la aplicación de estos catalizadores en entornos industriales. 

Los catalizadores basados ​​en estructuras organometálicas (MOF) ofrecen una alternativa a los catalizadores tradicionales para estas tecnologías. Así, un equipo de investigadores ha revisado sistemáticamente basados ​​en catalizadores para la hidrogenación selectiva de dióxido de carbono con el objetivo de desarrollar catalizadores que tengan un gran potencial en futuras aplicaciones de hidrogenación de dióxido de carbono.

El equipo publicó sus hallazgos en Nano Research .

Los investigadores centraron su atención en los catalizadores basados ​​en estructuras organometálicasLas estructuras organometálicas, una clase de materiales cristalinos, pueden proporcionar una plataforma ideal para construir nuevos catalizadores para la hidrogenación de dióxido de carbono en condiciones suaves. Los marcos organometálicos ofrecen la ventaja de ser marcos sintonizables con poros bien definidos que fomentan la construcción de diversos sitios catalíticos. Estas estructuras catalíticas se pueden utilizar para diferentes productos, como monóxido de carbono, metano, ácido fórmico, metanol y productos C 2+ . En su investigación, el equipo llevó a cabo una revisión detallada y sistemática de una variedad de catalizadores basados ​​en estructuras organometálicas para uso potencial en la hidrogenación selectiva de dióxido de carbono.

Aunque se ha avanzado mucho en el desarrollo de catalizadores basados ​​en marcos organometálicos, los investigadores señalan que quedan varios desafíos. Se necesita una investigación más profunda para abordar estos problemas. De cara a futuras investigaciones en el área de los catalizadores basados ​​en marcos organometálicos, los investigadores hacen cuatro recomendaciones para posibles estudios futuros.

Primero, sugieren que se necesita un diseño más extenso y una síntesis precisa para construir las estructuras de interfaz en los marcos metal-orgánicos. A continuación, los investigadores sugieren que la conversión de dióxido de carbono a bajas temperaturas se puede mejorar mediante la introducción de sitios funcionales dentro de los marcos organometálicos para ayudar en la activación del dióxido de carbono. Su tercera recomendación es que se necesita un diseño más profundo de los sitios catalíticos dentro de los marcos organometálicos para reducir la dependencia de la selectividad del producto objetivo de las propiedades intrínsecas de los metales. Su recomendación final es desarrollar tecnologías de caracterización in situ de alta presión, como la espectroscopia de absorción de rayos X in situ de alta presión, el análisis de difracción de rayos X y la espectroscopia Raman.

La captura de dióxido de carbono se ha convertido en una forma importante de aliviar los impactos negativos que tiene sobre el medio ambiente. Pero una vez que se captura el dióxido de carbono, los investigadores enfrentan el desafío de qué hacer con el dióxido de carbono capturado porque en el pasado no ha habido usos industriales para un volumen tan grande de dióxido de carbono. 

Sabiendo que la hidrogenación de carbono natural ha producido fuentes de energía fósil, como petróleo, carbón y gas natural, durante la fotosíntesis, los investigadores han determinado que la hidrogenación de dióxido de carbono sintético tiene un gran potencial como método para reutilizar el dióxido de carbono capturado.

Pero encontrar el  adecuado para usar en la hidrogenación de dióxido de carbono ha sido un desafío porque los catalizadores tradicionales requieren una temperatura alta para convertir el dióxido de carbono. Estas duras condiciones de calor aumentan las emisiones de carbono y provocan la rápida sinterización de las sustancias activas. Y la actividad catalítica limitada y la selectividad para la hidrogenación de dióxido de carbono en los catalizadores tradicionales aún limitan el desarrollo en el entorno industrial. 

Los investigadores buscan la forma de construir nuevos catalizadores para la hidrogenación de dióxido de carbono con un mayor rendimiento catalítico en las condiciones más suaves, especialmente para evitar las altas temperaturas.

Más información: Shengxian Shao et al, Recent advances in metal-organic frameworks for catalytic CO2 hydrogenation to diverse products, Nano Research (2022). DOI: 10.1007/s12274-022-4576-z

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