UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

La reacció de reformació seca del metà transforma el diòxid de carboni (CO₂) i el metà (CH₄) en una barreja de CO i H₂.

CH₄ + CO₂ ↔ 2CO + 2H₂

La reacció permet assolir dos objectius. En primer lloc, permet valoritzar el CO₂ i el CH₄, dos components que contribueixen en gran mesura a l’escalfament global del planeta. D’altra banda, la reacció forma un producte de més alt valor afegit, una barreja de CO i H₂ que s’anomena gas de síntesi, que com el seu nom indica serveix de punt de partida per sintetitzar un gran nombre de molècules que contenen carboni: hidrocarburs, alcohols, etc.
Generalment, la reacció de reformació seca del CO₂ s’accelera (es catalitza, en termes químics) mitjançant catalitzadors metàl·lics formats per metalls de transició, sobretot de níquel a nivell industrial.

El níquel, però, presenta problemes, perquè al llarg de la reacció es forma carboni que s’adsorbeix a la seva superfície, i aquest es desactiva al llarg de la reacció. Resulta, per tant, atractiu desenvolupar nous materials que permetin accelerar la reacció i serveixin d’alternativa al níquel o als metalls de transició. Els carburs metàl·lics basats en molibdè (Mo2C) són materials atractius per a aquest propòsit, però també es desactiven, en aquest cas mitjançant oxigen adsorbit en la seva superfície.

En aquest treball, fruit d’una col·laboració del grup teòric liderat per l’Investigador “Ramon y Cajal” Aleix Comas Vives, del Departament de Química de la Universitat Autònoma de Barcelona, i el grup del professor Christoph Mueller i del doctor Alexey Fedorov, de l’escola Politècnica de Zurich (ETH Zurich), hem aconseguit sintetitzar i entendre com opera un catalitzador bidimensional de Mo2C a escala nanomètrica de la família dels MXens, quan es dipositen sobre SiO2. El catalitzador és actiu en la reacció i la seva morfologia permet superar les limitacions tradicionals del Mo2C.

Aquest compost, format per làmines molt fines, de Mo-C-Mo sobre el CO₂, a diferència del Mo2C s’activa per deposició d’oxigen a la superfície, formant-se Mo2COx. Això s’aconsegueix mitjançant el contacte del material amb CO₂ a 800 graus centígrads. El material resultant permet accelerar la reacció de reformació seca del metà amb una activitat similar a la del níquel. Aquest catalitzador Mo2COx, té l’avantatge que, malgrat desactivar-se, és a dir fer-se menys eficient durant la reacció, es pot tornar a “activar” si es torna a posar en contacte amb CO₂, fet sense precedents en materials d’aquest tipus. Això permet alternar cicles de reacció de reformació seca del metà amb cicles de reactivació del material amb CO₂ a altra temperatura.

Els càlculs teòrics han permès saber la composició del catalitzador en els diferents cicles de reacció i saber com té lloc la reacció a escala atòmica. En aquest sentit, s’ha vist que trencar la molècula del metà és el pas clau de la reacció de reformació seca del metà.