En la búsqueda de fuentes de energía y combustible alternativas sostenibles, una solución viable puede ser la conversión del dióxido de carbono CO de gases de efecto invernadero 2 en combustibles líquidos.
A través de la fotosíntesis, las plantas convierten la luz solar, el agua y el CO 2 en azúcares, moléculas multicarbono que alimentan los procesos celulares. CO 2 es, por lo tanto, el precursor de los combustibles fósiles que son centrales para la vida moderna, así como el subproducto de la quema de esos combustibles. La capacidad de generar combustibles líquidos sintéticos a partir de precursores de carbono estables y oxigenados como el CO 2 y el monóxido de carbono CO recuerda a la fotosíntesis en la naturaleza y es una transformación deseable en sistemas artificiales. Durante aproximadamente un siglo, se ha utilizado un método químico conocido como el proceso Fischer-Tropsch para convertir el hidrógeno gaseoso H 2 y CO a combustibles líquidos.Sin embargo, su mecanismo no se entiende bien y, en contraste con la fotosíntesis, el proceso requiere altas presiones de 1 a 100 veces la presión atmosférica y temperaturas 100-300 grados Celsius.
Más recientemente, se han informado químicos de conversión alternativos para la generación de combustibles líquidos a partir de precursores de carbono oxigenados. Utilizando electrocatalizadores de cobre, CO y CO 2 puede convertirse en productos multicarbonos. El proceso continúa en condiciones moderadas, pero la forma en que se lleva a cabo sigue siendo un misterio.
Ahora, el profesor de química de Caltech Theo Agapie y su estudiante graduado Joshua Buss han desarrollado un sistema modelo para demostrar cómo podrían ser los pasos iniciales de un proceso para la conversión de CO a hidrocarburos.
Los resultados, publicados como una publicación en línea avanzada para la revista Naturaleza el 21 de diciembre de 2015 y aparecido en forma impresa el 7 de enero de 2016, proporciona una base para el desarrollo de tecnologías que algún día pueden ayudar a neutralizar los efectos negativos de la acumulación atmosférica del CO de gases de efecto invernadero 2 convirtiéndolo de nuevo en combustible. Aunque existen métodos para transformar el CO 2 en CO, el siguiente paso crucial, la desoxigenación de las moléculas de CO y su acoplamiento para formar enlaces CC, es más difícil.
En su estudio, Agapie y Buss sintetizaron un nuevo complejo de metal de transición, un átomo de metal, en este caso molibdeno, unido por una o más moléculas de soporte conocidas como ligandos, que pueden facilitar la activación y la escisión de una molécula de CO.La reducción incremental de la molécula conduce a un debilitamiento sustancial de los enlaces CO del CO. Una vez debilitado, el enlace se rompe por completo mediante la introducción de silil electrófilos, una clase de reactivos que contienen silicio que se pueden usar como sustitutos de los protones.
Esta escisión da como resultado la formación de un carburo terminal, un átomo de carbono único unido a un centro metálico, que posteriormente se une con la segunda molécula de CO coordinada con el metal. Aunque comúnmente se propone un carburo como intermedio enAcoplamiento reductor de CO, esta es la primera demostración directa de su papel en este tipo de química, dicen los investigadores. Tras la formación de enlaces CC, el centro de metal libera el C 2 producto. En general, este proceso convierte las dos unidades de CO en un derivado de etinol y continúa fácilmente incluso a temperaturas inferiores a la temperatura ambiente.
"Hasta donde sabemos, este es el primer ejemplo de una reacción bien definida que puede tomar dos moléculas de monóxido de carbono y convertirlas en un derivado de etinol libre de metales, una molécula relacionada con el etanol; el hecho de que podemos liberar el C2el producto del metal es importante ", dice Agapie.
Si bien el derivado de etinol generado no es útil como combustible, representa un paso hacia la capacidad de generar combustibles sintéticos multicarbonados a partir de dióxido de carbono. Los investigadores ahora están aplicando el conocimiento adquirido en este estudio inicial para mejorar el proceso ". Idealmente,nuestra visión facilitará el desarrollo de sistemas catalíticos prácticos ", dice Buss.
Los científicos también están trabajando en una forma de escindir el enlace de CO usando protones en lugar de electrófilos de sililo. "Finalmente, nos gustaría usar protones del agua y equivalentes de electrones derivados de la luz solar", dice Agapie. "Pero los protones son muyreactivo, y en este momento no podemos controlar esa química "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Ker Than. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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