La hidrogenación de CO₂ a baja temperatura podría haber parecido casi paradójica hasta que un estudio reciente lo hizo posible. Los investigadores han diseñado nuevos catalizadores capaces de transformar este gas de efecto invernadero en metanol a temperaturas que van desde la temperatura ambiente hasta los 200°C, mientras que la mayoría de los catalizadores solo pueden funcionar a 250°C o más. La investigación se ha publicado en la revista Nature Chemistry.
Los nuevos catalizadores de precisión molecular eran del tipo Anderson, consistentes en cúmulos de polioxometalato (POM) encapsulados dentro de los poros de estructuras metalorgánicas (MOF), con la fórmula molecular: PtMo6 O 24 @NU1K.
Los catalizadores comerciales ni siquiera comienzan a convertir el CO₂ en metanol hasta que la fuente de calor alcanza aproximadamente los 140°C. Sin embargo, este nuevo catalizador ofreció de forma constante un rendimiento espacio-temporal —la cantidad de metanol producido durante un período determinado en relación con la masa de catalizador utilizada— mucho mayor en todo el rango de 100°C a 200°C en comparación con otros catalizadores heterogéneos en condiciones similares. El clúster mantuvo su rendimiento sin ninguna pérdida de actividad ni de selectividad hacia el metanol, incluso después de 3.600 horas de funcionamiento continuo a 180°C.
y en condiciones de reacción. Crédito: Nature Chemistry (2026). DOI: 10.1038/s41557-026-02104-x
Confinamiento en la reacción
El metanol es un producto químico muy demandado, tanto como materia prima para una amplia gama de procesos de fabricación química como fuente de energía. El CO₂, considerado un residuo cuando permanece en exceso en el medio ambiente, puede transformarse en este valioso metanol mediante hidrogenación. Sin embargo, el proceso no es tan sencillo como parece.
La mayoría de los procesos de conversión de CO₂ a metanol requieren temperaturas elevadas, a pesar de que la hidrogenación en sí misma es exotérmica. La mayoría de los catalizadores no logran activar el CO₂ de manera eficiente a bajas temperaturas manteniendo la selectividad hacia el metanol, y los intentos por lograrlo suelen generar reacciones secundarias que producen subproductos indeseados como monóxido de carbono (CO) o metano. Además, la mayoría de los catalizadores tienden a aglomerarse con el tiempo, lo que reduce la disponibilidad de sitios activos para la conversión de CO₂ a metanol.
En este estudio, los investigadores superaron estos desafíos mediante una cuidadosa ingeniería morfológica del catalizador. Su síntesis en múltiples etapas comenzó combinando sales de platino y molibdeno en agua y ajustando la acidez para formar cúmulos de PtMo₆O₂₄ de color amarillo claro. Luego, construyeron la estructura metalorgánica NU1K, que presenta sitios únicos conocidos como poros c, utilizando nodos de circonio y enlaces orgánicos a través de una serie de pasos de calentamiento. La incorporación de los cúmulos a la estructura dio como resultado un catalizador con unidades de PtMo₆O₂₄ en forma de disco —donde un átomo central de platino está rodeado por un anillo de seis unidades de óxido de molibdeno— confinadas dentro de los poros c de NU1K.
Esta singular estructura enjaulada permite que el platino disocie las moléculas de hidrógeno, mientras que los átomos de molibdeno circundantes proporcionan una plataforma para atrapar y activar el CO₂. La morfología también evita que el catalizador se aglomere, preservando su eficacia y permitiendo una notable durabilidad de hasta cinco meses, sin signos de desactivación.
El catalizador impulsa la formación de metanol principalmente a través de una vía en la que primero se genera CO mediante la reacción inversa de desplazamiento del gas de agua y luego se hidrogena, mientras que una vía secundaria de formato se vuelve más prominente a presiones y temperaturas más altas. Los investigadores señalaron que el estudio de este catalizador y su rendimiento proporciona un modelo poderoso para descubrir las relaciones estructura-actividad, al tiempo que abre interesantes oportunidades para diseñar catalizadores altamente activos capaces de impulsar la hidrogenación de CO₂ a bajas temperaturas.
Fuente: Phys.org.
