Una 'hoja' molecular recoge y almacena energía solar reciclando CO2

Liderados por Liang-shi Li, de la Universidad de Indiana, estos científicos han logrado así un nuevo hito en la búsqueda de reciclar dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra en combustibles neutros en carbono y otros materiales.

La nueva molécula de diseño utiliza luz o electricidad para convertir el dióxido de carbono de gases de efecto invernadero en monóxido de carbono - una fuente de combustible neutro en carbono - más eficientemente que cualquier otro método de "reducción de carbono".

El proceso se describe en el Journal of the American Chemical Society. "Si se puede crear una molécula suficientemente eficiente para esta reacción, se producirá una energía que es libre y almacenable en forma de combustible", dijo Li, profesor asociado en el Departamento de Química de la Universidad de Indiana. "Este estudio es un gran salto en esa dirección".

El combustible que se quema - como el monóxido de carbono - produce dióxido de carbono y libera energía. Convertir el dióxido de carbono de nuevo en combustible requiere por lo menos la misma cantidad de energía. Un objetivo importante entre los científicos ha sido la disminución del exceso de energía necesaria.

Esto es exactamente lo que la molécula de Li logra: requerir la menor cantidad de energía reportada hasta ahora para impulsar la formación de monóxido de carbono. La molécula --un complejo de nanografeno-renio conectado a través de un compuesto orgánico conocido como bipiridina-- desencadena una reacción altamente eficiente que convierte el dióxido de carbono en monóxido de carbono.

La capacidad de crear de manera eficiente y exclusiva monóxido de carbono es importante debido a la versatilidad de la molécula.

"El monóxido de carbono es una materia prima importante en muchos procesos industriales", dijo Li. "También es una forma de almacenar la energía como un combustible neutro en carbono, ya que no está devolviendo más carbono a la atmósfera de lo que ya ha eliminado. Simplemente está reliberando la energía solar que usó para fabricarla".

El secreto de la eficiencia de la molécula es el nanografeno --un pedazo de grafito a escala nanométrica, una forma común de carbono-- porque el color oscuro del material absorbe una gran cantidad de luz solar.

Li dijo que los complejos metálicos de bipiridina han sido estudiados durante mucho tiempo para reducir el dióxido de carbono al monóxido de carbono con la luz solar. Pero estas moléculas pueden utilizar sólo una pequeña porción de la luz en la luz solar, principalmente en el rango ultravioleta, que es invisible a simple vista. Por el contrario, la molécula desarrollada en esta investigación aprovecha la potencia absorbente de luz del nanografeno para crear una reacción que utiliza la luz solar en la longitud de onda de hasta 600 nanómetros, una gran parte del espectro de luz visible.

Esencialmente, dijo Li, la molécula actúa como un sistema de dos partes: un nanografeno "colector de energía" que absorbe la energía de la luz solar y un "motor" de renio atómico que produce monóxido de carbono. El colector de energía impulsa un flujo de electrones al átomo de renio, que se une repetidamente y convierte el dióxido de carbono normalmente estable en monóxido de carbono.

La idea de vincular nanografeno con el metal surgió de los esfuerzos anteriores de Li para crear una célula solar más eficiente con el material a base de carbono. "Nos preguntamos: ¿Podríamos cortar al hombre medio - células solares - y utilizar la calidad de absorción de luz de nanografina solo para impulsar la reacción?", dijo.

A continuación, Li planea hacer que la molécula sea más potente, incluyendo hacerla durar más tiempo y sobrevivir en forma no líquida, ya que los catalizadores sólidos son más fáciles de usar en el mundo real. También está trabajando para reemplazar el átomo de renio en la molécula - un elemento raro - con manganeso, un metal más común y menos costoso.