Un team di scienziati del catalizzatore KAUST ha mostrato come un catalizzatore a base di molibdeno (nella foto sopra) può svolgere un ruolo centrale in un processo fondamentale per la produzione sostenibile di energia rinnovabile e prodotti chimici verdi. Attestazione:KAUST; Anastasia Serin
La produzione sostenibile di combustibili e sostanze chimiche è più vicina a diventare una realtà pratica dopo che i ricercatori KAUST hanno analizzato un catalizzatore di trasferimento di idruro elettrochimico privo di metalli preziosi e hanno scoperto che il molibdeno stava svolgendo un ruolo centrale.
Il platino è stato a lungo il catalizzatore preferito per il trasferimento elettrochimico dell'idruro, un processo chimico versatile per la produzione di sostanze chimiche preziose o combustibili privi di carbonio. Se questo processo elettrochimico fosse alimentato con elettricità rinnovabile, potrebbe consentire una società più sostenibile. Il platino, tuttavia, è un metallo prezioso raro e costoso, il che pone limiti significativi all'adozione di questa tecnologia.
Un metallo molto più abbondante e meno costoso, il molibdeno, potrebbe potenzialmente prendere il posto del platino nel processo, hanno dimostrato Magnus Rueping e il suo team.
Diversi catalizzatori a base di molibdeno, incluso il solfuro di molibdeno, hanno precedentemente mostrato risultati promettenti per l'elettrocatalisi a trasferimento di idruro, ma il motivo della loro elevata attività non era chiaro e il ruolo del molibdeno, in particolare, è rimasto un mistero. "Volevamo determinare come funzionava questo catalizzatore", afferma Jeremy Bau, un ricercatore nel laboratorio di Rueping.
Il team ha applicato una tecnica chiamata spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR) nel tentativo di studiare l'elettrocatalizzatore di solfuro di molibdeno in azione in tempo reale. "Inaspettatamente, siamo stati in grado di catturare l'intero processo mentre stava accadendo", afferma Bau. "Siamo stati in grado di intrappolare lo stato attivo del catalizzatore:Mo3+ioni direttamente legati all'idrogeno."
La scoperta che gli ioni molibdeno partecipano direttamente al trasferimento dell'idruro potrebbe portare a catalizzatori migliorati. "Se siamo in grado di dimostrare una teoria coesiva su come il molibdeno sia responsabile dell'attività di trasferimento dell'idruro, possiamo concentrarci sul miglioramento del molibdeno in modo che possa essere competitivo con il platino e anche sullo sviluppo di nuovi catalizzatori di molibdeno come sostituti più economici del platino", afferma Bau.
Un'applicazione del catalizzatore potrebbe essere quella di dividere elettrochimicamente le molecole d'acqua per produrre idrogeno gassoso come un modo per trasformare l'elettricità rinnovabile in un combustibile immagazzinabile e trasportabile. Tuttavia, il team ha anche dimostrato che il catalizzatore ha un grande potenziale per potenziare i biocatalizzatori enzimatici per la produzione di sostanze chimiche verdi.
Nelle cellule, gli enzimi spesso lavorano con la molecola portatrice di energia della natura NADH per catalizzare le reazioni. Tuttavia, il NADH è proibitivo per la biocatalisi industriale. L'idruro di molibdeno generato elettrochimicamente si è dimostrato molto efficace nel rigenerare l'NADH in situ nel pallone di reazione biochimica.
"Siamo rimasti sorpresi dall'efficienza del processo", afferma Rueping. "I sottoprodotti vengono evitati e viene prodotto NADH puro. La nostra scoperta solleva la possibilità che l'obiettivo di lunga data di produrre sostanze chimiche attraverso gli enzimi possa essere consentito dall'elettrochimica". + Esplora ulteriormente
