Formación de metano impulsada por la luz visible a partir de CO2 con un catalizador molecular de hierro

Área de la Ciencia:

• Catálisis
• La fotoquímica
• Energía renovable

Sus antecedentes:

• La conversión de dióxido de carbono (CO2) en combustibles valiosos o materias primas químicas puede mitigar la dependencia de los combustibles fósiles y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
• Los métodos electroquímicos y fotoquímicos ofrecen vías sostenibles para la conversión de CO2, pero requieren catalizadores eficientes, selectivos y asequibles.
• Los catalizadores moleculares existentes para la reducción de CO2 a menudo producen productos limitados como el monóxido de carbono (CO) o el ácido fórmico (HCOOH), y pocos logran una producción significativa de hidrocarburos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el potencial de un complejo funcionalizado de tetrafenilporfirina de hierro como fotocatalizador para la reducción de CO2 a metano.
• Desarrollar un sistema catalítico estable y selectivo para la conversión de CO2 en hidrocarburos altamente reducidos utilizando luz visible.
• Evaluar la eficiencia y la selectividad del sistema desarrollado para la producción de combustible solar.

Principales métodos:

• Utilizó un complejo de tetrafenilporfirina de hierro funcionalizado con grupos trimetilamonio como catalizador central.
• Se empleó un procedimiento de dos vasos que incluía un fotosensibilizador y un donante de electrones de sacrificio en una solución de acetonitrilo bajo irradiación de luz visible.
• Distribución y selectividad del producto analizadas, incluido el metano y el monóxido de carbono, y rendimiento cuántico determinado para el proceso de fotorreducción.

Principales resultados:

• El complejo de hierro demostró una electrocatálisis eficiente y selectiva para la conversión de CO2 en CO.
• Bajo luz visible, el catalizador facilitó la reducción de ocho electrones de CO2 a metano a temperatura y presión ambiente.
• Un procedimiento de dos ollas logró una selectividad de hasta el 82% para la producción de metano con un rendimiento cuántico del 0,18%.

Conclusiones:

• El complejo funcionalizado de tetrafenilporfirina de hierro puede servir como un fotocatalizador molecular para la reducción de CO2 a metano.
• El sistema catalítico muestra estabilidad durante varios días, lo que indica potencial para aplicaciones prácticas.
• Este trabajo proporciona una base para el diseño de nuevos catalizadores moleculares para la producción sostenible de combustible solar a partir de CO2 en condiciones suaves.