Resumen
Los combustibles fósiles son los principales vectores energéticos para cubrir la creciente demanda energética mundial. Su combustión da
lugar a tres problemas principales como el efecto invernadero, la contaminación del aire y su agotamiento.Por tanto, existe un interés
creciente en el desarrollo de alternativas para disminuir su consumo aumentando el empleo de energías renovables (eólica, mareomotriz,
solar, biomasa) y valorizar el CO2. La Unión Europea tiene como objetivo convertirse en una economía neutra en carbono en 2050 y
reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero al menos un 55% para 2030 con respecto a los niveles de 1990. En el área de
valorización de CO2 se han logrado importantes logros mediante el uso de catálisis heterogénea y reducción química de CO2 (CO2R). La
mayoría de estos procesos, sin embargo, operan eficientemente a altas temperaturas (> 250-350 ºC) y presiones (10-300 bar) para
obtener principalmente productos C1. Un área de investigación más desafiante pero menos explorada la de reducción de CO2R a
compuestos C2+ de alto valor agregado. Un área alternativa prometedora a los procesos catalíticos mencionados la fotorreducción de
CO2 empleando luz solar. El uso de energía solar para convertir selectivamente CO2 con H2O (fotosíntesis artificial) o H2 verde en
compuestos de alto valor añadido se concibe como una solución pragmática y verde para las emisiones de CO2. El uso de
semiconductores inorgánicos está limitado debido por la dificultad de ajustar su diagrama de energía y acomodar sitios activos
multifuncionales para la CO2R, proceso multielectrónico y multiprotón especialmente para obtener C2+. Por el contrario, los
semiconductores orgánicos son inestables durante la fotocatálisis. Alternativamente, se puede diseñar una serie de fotocatalizadores
metal-orgánicos (MOF) cristalinos y porosos para aprovechar las ventajas de los fotocatalizadores inorgánicos y orgánicos y superar sus
inconvenientes. Nuestro grupo describió por primera vez la posibilidad de utilizar MOF como fotocatalizadores para la CO2R a CH4
utilizando H2. En 2021 se describió por primera vez de la posibilidad de utilizar un MOF para el CO2R fotocatalítico con H2O a CO. En
ambos casos, sin embargo, se han logrado eficiencias fotocatalíticas bajas.
Con estos precedentes, MOF4CO2 tiene como objetivo el desarrollo de una batería de nuevos sólidos multifuncionales basados en MOF
con fotoactividad y estabilidad superiores para la CO2R en fase gas a compuestos C1 o C2+ empleando H2O o H2 verde. Para ello, el
proyecto propone varias estrategias disruptivas. Los MOFs tendrán un energía de diagrama adecuado modulador por nodos
heterometálicos y heteroligandos para favorecer la absorción de luz solar, la adsorción de CO2 y cumplir los requisitos termodinámicos.
La conductividad protónica de los MOF se ajustará mediante la presencia de grupos funcionales sulfónicos y mejorará la fotoactividad y
selectividad de la CO2R a C1 ó C2+. La preparación de puntos cuánticos de carbono dentro de las cavidades MOF permitirá aumentar
tanto la eficiencia fotocatalítica como la selectividad hacia compuestos C1 o C2 +. Se prepararán nuevas heterouniones basadas en
arquitecturas de MOF-en-MOF y MOF-semiconductor inorgánico que operen de modo eficiente bajo un mecanismo de esquema Z. La
deposición de nanopartículas metálicas como co-catalizadores en los centros redox del fotocatalizador determinará la actividad y
selectividad de la CO2R a compuestos C1 o C2+.
