Electrocatálisis con doble funcionalidad
Panorama general
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Los electrocatalizadores híbridos pueden producir simultáneamente hidrógeno verde, por ejemplo, y valiosos compuestos orgánicos. Esto promete aplicaciones económicamente viables. Sin embargo, aún no se conocen a fondo las complejas reacciones catalíticas que intervienen en la producción de compuestos orgánicos. Los modernos métodos de rayos X de fuentes de sincrotrón como BESSY II permiten analizar en tiempo real, in situ y en condiciones reales de funcionamiento los materiales catalizadores y las reacciones que tienen lugar en sus superficies. De este modo se obtienen datos que pueden utilizarse para una optimización específica. Un equipo ha publicado ahora en Nature Reviews Chemistry un resumen del estado actual de los conocimientos.
Con métodos in situ en fuentes de sincrotrón se pueden analizar en tiempo real complejas reacciones de oxidación orgánica en catalizadores.
© Debabrata Bagchi / HZB
Los electrolizadores de agua híbridos son dispositivos recientes que producen hidrógeno u otros productos de reducción en el cátodo, mientras que en el ánodo se forman valiosos productos de oxidación orgánica. Este enfoque innovador aumenta considerablemente la rentabilidad de la producción de hidrógeno. Otra ventaja es que las reacciones de oxidación orgánica (OOR) para producir los valiosos compuestos son bastante respetuosas con el medio ambiente en comparación con los procesos de síntesis convencionales, que a menudo requieren reactivos agresivos. Sin embargo, las reacciones de oxidación orgánica son muy complejas e implican múltiples estados de oxidación del catalizador, transiciones de fase, productos intermedios, la formación y disolución de enlaces y una selectividad variable de los productos. La investigación sobre OOR está aún en pañales.
Revisión del estado de la cuestión
En Nature Reviews Chemistry, un equipo de expertos dirigido por el Dr. Prashanth Menezes (HZB) y el Prof. Matthias Driess (Universidad Técnica de Berlín) ofrece una visión completa de este apasionante campo de investigación. Explican métodos y técnicas avanzados disponibles en fuentes de sincrotrón como BESSY II, donde pueden analizarse reacciones complejas en tiempo real e in situ.
La panorámica abarca diversas reacciones catalíticas, como la oxigenación de alcoholes y aldehídos, la deshidrogenación de aminas, la degradación de la urea y las reacciones de acoplamiento. Los autores presentan los métodos más útiles para conocer los complejos mecanismos de reacción, como la absorción de rayos X, la espectroscopia Raman e infrarroja y la espectrometría electroquímica diferencial de masas. Los métodos in situ revelan cambios estructurales en el catalizador, mientras que las técnicas operando controlan tanto la estructura como la actividad en condiciones reales de funcionamiento. Estos métodos pueden utilizarse para explorar todo tipo de sistemas catalíticos o de reacción química con el fin de comprender mejor el comportamiento de los catalizadores y las reacciones en condiciones operativas. La revisión contiene también un capítulo sobre métodos de aprendizaje automático para evaluar grandes conjuntos de datos.
Esta revisión pretende dar a conocer este apasionante campo de investigación y animar a los científicos a combinar diferentes técnicas de análisis. De este modo se fomentará la comprensión de las reacciones catalíticas heterogéneas y se acelerará el desarrollo de electrocatalizadores híbridos eficientes como tecnología sostenible de química verde", afirma Menezes.
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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