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El cambio climático es un problema ambiental global. El principal factor que contribuye al cambio climático es la quema excesiva de combustibles fósiles. Estos producen dióxido de carbono (CO₂), un gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global. Ante esto, los gobiernos de todo el mundo están desarrollando políticas para limitar dichas emisiones de carbono. Sin embargo, simplemente reducir las emisiones de carbono podría no ser suficiente. Las emisiones de dióxido de carbono también deben controlarse. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
En este sentido, los científicos proponen la conversión química del dióxido de carbono en compuestos de valor añadido como el metanol y el ácido fórmico (HCOOH). Para producir este último, se requiere una fuente de iones hidruro (H⁻), que equivalen a un protón y dos electrones. Por ejemplo, el par de reducción-oxidación del dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD+/NADH) es generador y reservorio de hidruro (H⁻) en sistemas biológicos.
En este contexto, un equipo de investigadores, dirigido por el profesor Hitoshi Tamiaki de la Universidad Ritsumeikan (Japón), desarrolló un nuevo método químico que utiliza complejos NAD+/NADH similares al rutenio para reducir el CO₂ a HCOOH. Los resultados de su estudio se publicaron en la revista ChemSusChem el 13 de enero de 2023.
El profesor Tamiaki explica la motivación de su investigación. «Recientemente se demostró que el complejo de rutenio con el modelo NAD+, [Ru(bpy)₂(pbn)](PF₆)₂, sufre una reducción fotoquímica de dos electrones. Esto dio lugar al correspondiente complejo de tipo NADH [Ru (bpy) )₂ (pbnHH)](PF₆)₂ en presencia de trietanolamina en acetonitrilo (CH₃CN) bajo luz visible», afirmó.
Además, burbujear CO₂ en una solución de [Ru(bpy)₂(pbnHH)]₂+ regenera [Ru(bpy)₂(pbn)]₂+ y produce iones formiato (HCOO₂). Sin embargo, su velocidad de producción es bastante baja. Por lo tanto, la conversión de H₂ en CO₂ requiere un sistema catalítico mejorado.
Por lo tanto, los investigadores han estudiado diversos reactivos y condiciones de reacción que ayudan a reducir las emisiones de dióxido de carbono. Con base en estos experimentos, propusieron la reducción de dos electrones inducida por luz del par redox [Ru(bpy)₂(pbn)]₂+/[Ru(bpy)₂(pbnHH)]₂+ en presencia de 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol (BIH). Además, el uso de agua (H₂O) en CH₃CN en lugar de trietanolamina mejoró aún más el rendimiento.

Además, los investigadores también investigaron los posibles mecanismos de reacción utilizando técnicas como la resonancia magnética nuclear, la voltamperometría cíclica y la espectrofotometría UV-visible. Con base en esto, plantearon la hipótesis: Primero, tras la fotoexcitación de [Ru(bpy)2(pbn)]2+, se forma el radical libre [RuIII(bpy)2(pbn•-)]2+*, que sufre la siguiente reducción: BIH Obtener [RuII(bpy)2(pbn•-)]2+ y BIH•+. Posteriormente, H2O protona el complejo de rutenio para formar [Ru(bpy)2(pbnH•)]2+ y BI•. El producto resultante se desproporciona para formar [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ y vuelve a [Ru(bpy)2(pbn)]2+. El primero se reduce entonces por BI• para generar [Ru(bpy)(bpy•−)(pbnHH)]+. Este complejo es un catalizador activo que convierte H- en CO2, produciendo HCOO- y ácido fórmico.
Los investigadores demostraron que la reacción propuesta tiene un alto número de conversión (la cantidad de moles de dióxido de carbono convertidos por un mol de catalizador): 63.
Los investigadores están entusiasmados con estos descubrimientos y esperan desarrollar un nuevo método para convertir la energía (luz solar en energía química) para producir nuevos materiales renovables.
«Nuestro método también reducirá la cantidad total de dióxido de carbono en la Tierra y contribuirá al mantenimiento del ciclo del carbono. Por lo tanto, puede reducir el calentamiento global futuro», añadió el profesor Tamiaki. «Además, las nuevas tecnologías de transporte de hidruros orgánicos nos proporcionarán compuestos invaluables».
Información adicional: Yusuke Kinoshita et al., Transferencia de hidruros orgánicos inducida por luz a CO₂** mediada por complejos de rutenio como modelos para pares redox NAD+/NADH, ChemSusChem (2023). DOI: 10.1002/cssc.202300032

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