Una nueva forma de fabricar productos químicos valiosos

La investigación crea un proceso que avanza en el campo de la utilización del carbono

28.08.2019

Photo illustration by Joy Smoker

Feng Jiao, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Delaware, es líder en el campo de la captura y utilización de carbono.

En un esfuerzo por desarrollar soluciones sostenibles a las necesidades energéticas de la humanidad, muchos científicos están estudiando la captura y utilización del carbono, la práctica de utilizar el exceso de dióxido de carbono en la atmósfera o de fuentes puntuales, en lugar de los combustibles fósiles, para sintetizar los productos químicos utilizados en la fabricación de productos cotidianos, desde plásticos hasta combustibles y productos farmacéuticos.

Feng Jiao, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Delaware, es líder en el campo de la captura y utilización de carbono. Ahora, él y sus colegas han hecho un nuevo descubrimiento que podría hacer avanzar aún más la captura y utilización de carbono y extender su promesa a nuevas industrias.

En la revista Nature Chemistry, Jiao y colaboradores del Instituto Tecnológico de California, la Universidad de Nanjing (China) y la Universidad de Soochow (China) describen cómo formaron enlaces de carbono-nitrógeno en una reacción electroquímica de reducción de monóxido de carbono, que condujo a la producción de químicos de alto valor llamados amidas. Estas sustancias son útiles en una variedad de industrias, incluyendo la farmacéutica.

El equipo es el primero en hacerlo. "Ahora, comenzando con el dióxido de carbono como fuente de carbono, podemos expandirnos a una variedad de productos", dijo Jiao, director asociado del Centro de Ciencia y Tecnología Catalítica (CCST) de UD.

El ingenio que comenzó en UD

La ciencia detrás de estos hallazgos es la electroquímica, que utiliza la electricidad para producir cambios químicos. En investigaciones anteriores, Jiao desarrolló un catalizador especial de plata, que convierte el dióxido de carbono en monóxido de carbono. A continuación, quería mejorar aún más el monóxido de carbono en productos multi-carbono útiles en la producción de combustibles, productos farmacéuticos y más.

"En el campo de la conversión electroquímica de dióxido de carbono, nos quedamos con sólo cuatro productos principales que podemos fabricar con esta tecnología: etileno, etanol, propanol y, como informamos hace un par de meses en Nature Catalysis, acetato", dijo Jiao.

El nitrógeno es el ingrediente secreto para liberar el potencial del sistema. El equipo utilizó un reactor de flujo electroquímico que normalmente se alimenta con dióxido de carbono o monóxido de carbono, pero esta vez pusieron tanto monóxido de carbono como amoníaco, un compuesto que contiene nitrógeno. La fuente de nitrógeno interactúa con el catalizador de cobre en la interfaz electrodo-electrolito, llevando a la formación de enlaces carbono-nitrógeno (CN). Este proceso permitió al equipo sintetizar productos químicos que nunca antes se habían fabricado de esta manera, incluyendo las amidas, que pueden utilizarse en la síntesis farmacéutica. Muchos compuestos farmacéuticos contienen nitrógeno, y "esto realmente proporciona una manera única de construir moléculas grandes que contienen nitrógeno de especies simples de carbono y nitrógeno", dijo Jiao.

En una reunión de la American Chemical Society, Jiao compartió algunos de sus hallazgos preliminares con William A. Goddard III, investigador principal del Joint Center for Artificial Photosynthesis de Caltech. Goddard, un experto líder mundial que utiliza la Mecánica Cuántica para determinar el mecanismo de reacción y las velocidades de tales procesos electrocatalíticos, estaba muy entusiasmado con este descubrimiento inesperado e inmediatamente puso en marcha a su equipo. Tao Cheng en el laboratorio de Goddard encontró que el nuevo acoplamiento de enlace carbono-nitrógeno era una consecuencia del mecanismo que se había determinado para la producción de etileno y etanol, lo que sugiere que Jiao podría ser capaz de acoplar enlaces distintos de CN.

"A través de una estrecha colaboración con el Prof. Goddard, aprendimos bastante en términos de cómo se formó este enlace de carbono-nitrógeno en la superficie del catalizador", dijo Jiao. "Esto nos dio ideas importantes sobre cómo podemos diseñar catalizadores aún mejores para facilitar algunos de estos tipos de reacciones químicas."

Las implicaciones de este trabajo podrían ser de gran alcance.

"Esto tiene un impacto significativo en el futuro, creo, para abordar parcialmente los problemas de las emisiones de dióxido de carbono", dijo Jiao. "Ahora podemos utilizarlo como materia prima de carbono para producir productos químicos de alto valor".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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