Convertir el dióxido de carbono en recursos valiosos con la ayuda de las nanopartículas
Las enzimas utilizan reacciones en cascada para producir moléculas complejas a partir de materias primas comparativamente simples. Los investigadores han copiado este principio.
Peter O'Mara de Sydney (a la izquierda) y Patrick Wilde de Bochum trabajando con una celda electroquímica para la reducción de CO2.
© RUB, Kramer
Un equipo internacional de investigación ha utilizado nanopartículas para convertir el dióxido de carbono en valiosas materias primas. Científicos de la Ruhr-Universität Bochum en Alemania y de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia han adoptado el principio de las enzimas que producen moléculas complejas en reacciones de varios pasos. El equipo transfirió este mecanismo a las nanopartículas metálicas, también conocidas como nanozimas. Los químicos utilizaron el dióxido de carbono para producir etanol y propanol, que son materias primas comunes para la industria química.
El equipo dirigido por el profesor Wolfgang Schuhmann del Centro de Electroquímica de Bochum y la profesora Corina Andronescu de la Universidad de Duisburg-Essen, junto con el equipo australiano dirigido por el profesor Justin Gooding y el profesor Richard Tilley, informó en el Journal of the American Chemical Society el 25 de agosto de 2019.
"La transferencia de las reacciones en cascada de las enzimas a nanopartículas catalíticamente activas podría ser un paso decisivo en el diseño de los catalizadores", dice Wolfgang Schuhmann.
Partícula con dos centros activos
Las enzimas tienen diferentes centros activos para las reacciones en cascada, que están especializados en ciertos pasos de reacción. Por ejemplo, una sola enzima puede producir un producto complejo a partir de un material de partida relativamente simple. Para imitar este concepto, los investigadores sintetizaron una partícula con un núcleo de plata rodeado por una capa porosa de cobre. El núcleo de plata sirve como el primer centro activo, la capa de cobre como el segundo. Los productos intermedios formados en el núcleo de plata reaccionan en la capa de cobre para formar moléculas más complejas, que finalmente abandonan la partícula.
En el presente trabajo, el equipo germano-australiano demostró que la reducción electroquímica del dióxido de carbono puede tener lugar con la ayuda de las nanozimas. Varios pasos de reacción en el núcleo de plata y la cubierta de cobre transforman el material de partida en etanol o propanol.
"También hay otras nanopartículas que pueden producir estos productos a partir de CO2 sin el principio de cascada", dice Wolfgang Schuhmann. "Sin embargo, requieren mucha más energía."
Los investigadores quieren ahora desarrollar más el concepto de la reacción en cascada en nanopartículas para poder producir selectivamente productos aún más valiosos como el etileno o el butanol.
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Publicación original
Peter B. O’Mara, Patrick Wilde, Tania M. Benedetti, Corina Andronescu, Soshan Cheong, J. Justin Gooding, Richard D. Tilley, Wolfgang Schuhmann; "Cascade reactions in nanozymes: spatially separated active sites inside Ag-core–porous-Cu-shell nanoparticles for multistep carbon dioxide reduction to higher organic molecules"; Journal of the American Chemical Society; 2019
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