Figura. (Arriba) Espectros de Mo 3d NAP-XPS registrados bajo una mezcla de CO2 + H2 en dos catalizadores diferentes Mo / TiO2 . (Debajo) Imagen STEM-HAADF de una muestra de Mo / TiO2 donde se ven átomos de Mo individuales, junto con una representación de la reacción.
Cerdanyola del Vallès, 2 de noviembre de 2021. La reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero es una de las mayores preocupaciones medioambientales, presente en las estrategias y objetivos climáticos de la Comisión Europea. La estrategia más prometedora para la valorización del dióxido de carbono (CO2) consiste en la conversión de CO2 en metanol por hidrogenación (reacción con hidrógeno - H2). Este proceso tiene la doble ventaja de eliminar el CO2 (presente en la atmósfera o en los efluentes industriales) y producir un compuesto útil, el metanol, que puede servir como combustible (por ejemplo, en las pilas de combustible de los automóviles) o en la producción de plásticos, productos farmacéuticos, textiles, etc.
La hidrogenación es un proceso que se realiza en presencia de un catalizador, pero el que se utiliza mayoritariamente para la producción industrial de metanol presenta algunas desventajas que llevan a su desactivación durante la reacción. Por tanto, es conveniente desarrollar catalizadores alternativos con rendimientos mejorados respecto a la estabilidad, actividad y selectividad al metanol.
Un equipo de investigación internacional ha demostrado en un estudio reciente que un sistema basado en molibdeno sobre dióxido de titanio (Mo / TiO2), que hasta ahora no se conocía como un catalizador de hidrogenación de CO2, sí cataliza la hidrogenación de CO2 hacia metanol. Además, han descubierto que su actividad y selectividad dependen en gran medida del tipo de dióxido de titanio (estructura atómica y forma de cristalita) y de la cobertura de molibdeno empleada. El sistema óptimo consiste en un pequeño porcentaje en peso de molibdeno "ultradisperso" sobre nanorods de rutilo y dióxido de titanio.
Tras preparar el catalizador, el equipo caracterizó su estructura con varias técnicas analíticas, incluida la espectroscopía fotoelectrónica de rayos X de presión cercana al ambiente (NAP-XPS) realizada en la línea de luz CIRCE del Sincrotrón ALBA, y con microscopía electrónica avanzada. Estos experimentos permitieron identificar especies superficiales de óxido de Mo-Ti reducibles como los sitios catalíticos activos (donde tiene lugar la reacción), en presencia de los reactivos gaseosos (CO2, H2). El catalizador más activo para la producción de metanol involucra cationes de molibdeno aislados con un estado de oxidación más bajo, anclados en nanorods de rutilo y dióxido de titanio (como se ve en la figura anterior).
Este estudio es una colaboración entre instituciones de investigación francesas y españolas: el Institut de Recherche sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (IRCELYON), el Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Laboratoire Hubert Curien, el Sincrotrón ALBA y el Instituto de Técnicas Energéticas (UPC). Ha recibido apoyo financiero del ANR francés, a través del proyecto UltraCat.
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-20-15798.
