Investigadores de la
Universidad Complutense de Madrid han localizado el ‘centro activo’ de un tipo
de oxidación de metanol. La reacción, que se efectúa sobre superficies de
rutenio, puede ayudar en la fabricación de pilas de combustible.
Catalizador de uso automovilístico. Fuente: Stahlkocher, Wikipedia. |
Las transformaciones de las
especies químicas en la superficie de los catalizadores, de gran interés
industrial, no ocurren en cualquier parte, sino en lugares muy específicos
denominados ‘centros activos’. Su identificación, modificación y promoción es un
problema esencial en el desarrollo de nuevos catalizadores.
Ahora, el grupo de Ciencia de
Superficies de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) ha identificado el
centro activo de una determinada reacción química: la oxidación de metanol en
superficies de rutenio. Esta reacción tiene relación directa con la llamada
economía del hidrógeno, en la que se utiliza este elemento para obtener
electricidad con las pilas de combustible.
Dentro de este esquema, un
combustible alternativo al hidrógeno es el metanol, una molécula pequeña pero
con un alto contenido relativo de hidrógeno. El metanol tiene ventajas frente
al hidrógeno en cuanto a su almacenamiento y distribución, al ser líquido a
temperatura ambiente.
Actualmente las
investigaciones se centran en el desarrollo de catalizadores, la mayoría de
ellos basados en rutenio, que extraigan el hidrógeno del metanol de forma
eficiente. Después se inserta en la pila de combustible y se obtiene
electricidad de forma similar a como se hace cuando se usa hidrógeno como
combustible primario.
El equipo ha observado que al
exponer una superficie de rutenio a metanol, éste se deshidrogena dando lugar a
monóxido de carbono e hidrógeno, según la reacción CH3OH → CO+2H2.
Un problema de adherencia
“El problema fundamental que
plantea esta reacción es que el CO se adhiere fuertemente al substrato,
envenenándolo y cesando cualquier actividad química. Por tanto, es necesario
oxidar a su vez el CO a CO2 para que éste se ‘desorba’ y deje libre
parte de la superficie, permitiendo a su vez la continuidad de la actividad
catalítica”, explica Óscar Rodríguez de la Fuente, profesor del Departamento de
Física de Materiales de la UCM y coautor del estudio publicado en las revistas Surface
Science y ChemPhysChem.
Los investigadores han estudiado
la coadsorción de oxígeno y metanol, reduciendo así el envenenamiento del
catalizador. La coadsorción presenta diferencias cualitativas en cuanto a la
actividad química pues se detectan nuevas especies químicas intermedias que no
se observaban cuando la adsorción era exclusivamente de metanol.
También se ha identificado una
nueva especie molecular: el formiato
Se identifica además una nueva
especie molecular, llamada formiato (HCOO), que es catalizado exclusivamente en
presencia de defectos en la superficie del rutenio. Estos defectos, llamados
escalones, son imperfecciones de la superficie a nivel atómico, creados de
forma intencionada por los autores del trabajo mediante colisiones con iones,
pero que se encuentran presentes en cualquier catalizador real. El formiato es,
a su vez, el precursor del CO2, siendo su formación por lo tanto un
paso previo ineludible para la oxidación completa del metanol y por ende para
la extracción eficiente del hidrógeno.
Este trabajo es uno de los
pocos ejemplos existentes en la literatura en los que se identifica sin
ambigüedad el centro activo de una reacción química concreta. Las consecuencias
pueden ser relevantes, ya que además de que la reacción estudiada tiene interés
práctico en sí misma, los mecanismos propuestos pueden ser además extensibles a
otras reacciones.
La búsqueda de nuevas formas
de energía que sean eficientes y que generen un reducido grado de contaminación
marca actualmente un buen número de líneas de investigación en el área de
ciencia de materiales. El desarrollo de catalizadores es un ejemplo de ello.
Estos son sustancias sólidas que, sin modificarse sustancialmente ni formar
parte del producto final, aceleran una determinada reacción química.
En los coches encontramos
catalizadores que reducen la emisión de gases nocivos, transformando, por
ejemplo, el monóxido de carbono en dióxido de carbono,. Estas reacciones tienen
lugar exclusivamente en la superficie del catalizador. Además, buena parte de
los materiales artificiales requieren para su síntesis de la presencia de
catalizadores.
FUENTE: SINC
No hay comentarios:
Publicar un comentario