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Estudio de catalizadores de alto desempeño para la reducción de CO2 en condiciones reales de reacción

La valorización de las emisiones de CO2 es una parte importante de la solución a la inminente crisis climática que nuestra sociedad está enfrentando. Científicos e ingenieros en el área de química trabajan en este tema desarrollando procesos catalíticos para la eficiente conversión química de CO2 a combustibles y otros productos de alto valor agregado. Las estrategias de investigación para el desarrollo de tales sistemas catalíticos avanzados incluyen (1) la síntesis de catalizadores con parámetros altamente controlables que se adapten a necesidades específicas, y (2) el monitoreo de las propiedades fisicoquímicas de catalizadores en condiciones reales de operación para un mayor entendimiento de qué les pasa a los catalizadores durante el proceso catalítico.

Científicos de IMDEA Energía, en colaboración con colegas del CSIC, han estado combinando estas dos estrategias para revelar las especies químicas responsables de la reducción eficiente de CO2 a CO, un producto químico de alta versatilidad usado en muchos procesos industriales, en la llamada reacción inversa de desplazamiento de gas de agua (rWGSR por sus siglas en inglés, CO2 + H2 ⟶ CO + H2O). El grupo de científicos desarrollaron una estrategia de síntesis para obtener catalizadores de composición altamente controlable y precisa, cuyo estado químico fue estudiado en condiciones catalíticas relevantes de temperatura y presencia de los reactantes CO2 y H2. Los resultados de esta investigación, recientemente publicados en la revista científica Nano Research*, ilustra cómo óxidos metálicos tipo espinela de composición precisa pueden ser obtenidos mediante la descomposición de las populares metal-organic frameworks (MOFs), para ser usados como precursores catalíticos para la rWGSR. Esta conversión y la formación de especies catalíticas activas fue monitoreado mediante espectroscopia avanzada de rayos X in-situ, revelando así el estado químico de los catalizadores en condiciones de reacción: temperaturas de hasta 700°C y una entrada de reactantes CO2/H2 en una relación ½. Los hallazgos científicos de esta investigación proveen importantes lineamientos para el desarrollo de procedimientos de preparación de catalizadores y la selección de condiciones catalíticas para alcanzar desempeños óptimos en esta tecnología de valorización química de CO2.

(*) Celia Castillo-Blas, Consuelo Álvarez-Galván, Inés Puente-Orench, Alba García-Sánchez, Freddy E. Oropeza, Enrique Gutiérrez-Puebla, Ángeles Monge, Víctor A. de la Peña-O’Shea & Felipe Gándara. Highly efficient multi-metal catalysts for carbon dioxide reduction prepared from atomically sequenced metal organic frameworks. Nano Res. 14, 493–500 (2021). https://doi.org/10.1007/s12274-020-2813-x

Más información: Freddy Oropeza, Investigador Porstdoctoral, Unidad de Procesos Fotoactivados, freddy.oropeza@imdea.org

Fecha: 
Viernes, Abril 9, 2021