El rutenio se utiliza ampliamente para acelerar reacciones químicas, pero su escasez y coste hacen que el uso eficiente del metal sea un objetivo importante de investigación. Un método consiste en dispersar el rutenio como átomos individuales, lo que permite que una mayor proporción del metal participe en las reacciones que cuando se encuentra en partículas más grandes.
Investigadores de la Universidad de Tohoku, en colaboración con la Universidad de Tsukuba, la Universidad de Kioto y la Universidad de Osaka, han desarrollado un método para producir catalizadores de átomo único de rutenio de alta densidad. El material puede convertir el dióxido de carbono en ácido fórmico, una materia prima utilizada por varias industrias. Los resultados se publicaron en Angewandte Chemie International Edition.
El principal desafío consistía en evitar que los átomos de rutenio se unieran al incorporar mayores cantidades del metal al catalizador. El equipo diseñó moléculas con una estructura más flexible, que podía alojar los átomos de manera más eficaz. El calentamiento de estas moléculas produjo un material de carbono poroso y organizado que mantenía separados los átomos de rutenio.
Mediante este proceso, los investigadores lograron una concentración de rutenio de hasta un 11 % en peso. El artículo original señala que los catalizadores convencionales de átomo único de rutenio suelen contener menos de un 2 %.
Las pruebas demostraron que el catalizador convertía el dióxido de carbono en ácido fórmico con una selectividad superior al 99 %, lo que indica que se generaban muy pocos subproductos no deseados. Su rendimiento se mantuvo elevado después de usos repetidos, sin que se observara aglomeración de los átomos de rutenio ni daños en la estructura de carbono.
Los investigadores afirman que el método podría contribuir a un uso más eficiente de las limitadas reservas de metales valiosos. Planean estudiar si la misma estrategia puede aplicarse a otros metales preciosos, como el platino, el paladio y el iridio.
Fuentes: Phys.org.