12.06.2020 - Kyushu University

El giro molecular hace que un catalizador sea útil para tres aplicaciones de hidrógeno

"En cierto modo, hemos creado una molécula con un volante en ella"

Científicos de la Universidad de Kyushu y de la Universidad de Kumamoto en Japón han desarrollado un nuevo catalizador capaz de asistir a tres reacciones clave para el uso del hidrógeno en la energía y la industria. Inspirada en tres tipos de enzimas de la naturaleza, esta investigación puede ayudar a dilucidar relaciones desconocidas entre los catalizadores, allanando el camino para el uso eficiente del gas de hidrógeno como fuente de energía de próxima generación en el futuro.

Al producir sólo agua cuando se utiliza en una celda de combustible para generar electricidad, el hidrógeno es muy prometedor como fuente de energía limpia para hacer frente a los desafíos ambientales que se enfrentan en todo el mundo. Una clave para establecer el hidrógeno como una fuente de energía de próxima generación es el desarrollo de catalizadores -químicos que ayudan y aceleran las reacciones sin ser consumidos en el proceso- que ayuden a usarlo eficientemente.

Los catalizadores no sólo desempeñan un papel en la división de las moléculas de hidrógeno para generar electricidad en las pilas de combustible, sino también en la unión de los átomos de hidrógeno para formar el combustible. El hidrógeno también tiene muchas aplicaciones en la industria química, ya que a menudo se une a las moléculas mediante el proceso de hidrogenación para modificar sus propiedades.

La naturaleza ya ha desarrollado su propio conjunto de catalizadores biológicos, conocidos como enzimas, capaces de estas mismas reacciones fundamentales. Sin embargo, cada una de estas tres reacciones requiere un tipo diferente de enzima, y estas enzimas de la hidrogenasa pueden agruparse por los metales que contienen: un átomo de níquel y otro de hierro, dos átomos de hierro o un solo átomo de hierro.

Inspirándose en la naturaleza, los equipos de investigación dirigidos por Seiji Ogo de la Universidad de Kyushu y Shinya Hayami de la Universidad de Kumamoto informan ahora en la revista Science Advances que un solo catalizador puede desempeñar las tres funciones.

"Observando de cerca las estructuras clave de los tres tipos de enzimas de la hidrogenasa en la naturaleza, fuimos capaces de diseñar una molécula que pudiera imitar todas estas estructuras dependiendo de donde el hidrógeno se adhiera a ella," dijo Ogo, profesor del Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad de Kyushu.

El catalizador que los científicos desarrollaron contiene níquel y hierro como los metales clave. Dependiendo de las condiciones de la reacción, los átomos de hidrógeno se conectarán a la molécula de una manera ligeramente diferente, lo que lleva a un giro de la molécula que la pone en una configuración más adecuada para uno de los tres tipos de reacciones.

Mientras que las enzimas en la naturaleza dependen de diferentes conjuntos de metales para llevar a cabo estas reacciones, el catalizador recientemente desarrollado aprovecha que el giro molecular es suficiente para cambiar entre estructuras similares a las de los tres tipos de enzimas, obteniendo así funciones similares sin cambiar los metales.

"En cierto modo, hemos creado una molécula con un volante en ella", explica Ogo. "Girando el volante y retorciendo partes de la molécula, podemos convertirla en tres tipos diferentes de catalizadores: uno para las pilas de combustible, uno para la producción de hidrógeno y otro para la hidrogenación".

"Esto nos ha permitido desentrañar tres funciones que estaban previamente entrelazadas".

Si bien la molécula puede no ser adecuada para aplicaciones prácticas en la actualidad, apunta a la posibilidad de desarrollar un único catalizador con múltiples usos. Más importante aún, la mejor comprensión de los procesos catalíticos que ofrece esta molécula puede dar una visión crucial de las enzimas naturales y el desarrollo de futuros catalizadores para la realización de una sociedad impulsada por el hidrógeno.

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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