Los cristales porosos fijan los gases de efecto invernadero que contienen flúor

Prof. Dr. Michael Mastalerz

Al fondo: imágenes de microscopía óptica de las estructuras monocristalinas del compuesto orgánico de jaula con persistencia de forma. Delante: modelo de bola y palo de la estructura monocristalina, gris: carbono, blanco: hidrógeno, rojo: oxígeno, azul: nitrógeno, verde flúor.

Las emisiones de gases de efecto invernadero contribuyen significativamente al calentamiento global. No sólo el dióxido de carbono (CO₂), sino también los gases que contienen flúor -incluidos los llamados hidrocarburos per o polifluorados, o PFC- tienen una parte importante en esta evolución. Investigadores del Instituto de Química Orgánica de la Universidad de Heidelberg, dirigidos por el Prof. Dr. Michael Mastalerz, han desarrollado recientemente nuevos materiales cristalinos que pueden adsorber selectivamente las moléculas de dichos enlaces carbono-flúor. Los investigadores de Heidelberg esperan que estos cristales porosos puedan ser útiles para la unión y recuperación selectiva de los PFC.

Los carbonos polifluorados son compuestos orgánicos de diversas longitudes en los que los átomos de hidrógeno de los alcanos se sustituyen parcial o totalmente por átomos de flúor. Estos átomos son químicamente muy estables. No son omnipresentes en la naturaleza y se utilizan sobre todo en los procesos de grabado de la industria de los semiconductores, en la cirugía ocular y en el diagnóstico médico como potenciadores del contraste en determinados exámenes por ultrasonidos. “A diferencia del CO₂, que está integrado en los ciclos naturales de la materia, los PFC se acumulan en la atmósfera y permanecen allí durante varios miles de años antes de descomponerse”, subraya el profesor Mastalerz. En comparación con el dióxido de carbono, los PFC tienen, por tanto, un potencial de calentamiento global mucho mayor: el impacto de una molécula de PFC equivale prácticamente a entre 5.000 y 10.000 moléculas de CO₂. Según el investigador, esto convierte a los hidrocarburos polifluorados en un problema permanente que no sólo contribuye al calentamiento global actual, sino que lo acelera.

Con su grupo de investigación en el Instituto de Química Orgánica de la Universidad de Heidelberg, el profesor Mastalerz ha desarrollado un nuevo tipo de material cristalino que puede adsorber hidrocarburos polifluorados de forma altamente selectiva, es decir, fijándolos a su superficie interior. Los cristales porosos se basan en compuestos orgánicos en forma de jaula que llevan cadenas laterales que contienen flúor en los puntales interconectados. Estas cadenas laterales reaccionan según el principio “lo que es igual se atrae” mediante interacciones flúor-flúor con las moléculas de PFC, asegurando que se depositen en la superficie interior del material. En sus experimentos, los investigadores de Heidelberg demostraron que los cristales que desarrollaron se unen a ciertos gases que contienen flúor, como el octafluoropropano o el octafluorociclobutano, con una fuerza entre 1.500 y 4.000 veces mayor que la del dinitrógeno, el principal componente del aire. Según el Prof. Mastalerz, estas cifras representan selectividades extraordinariamente altas para ligar dichos PFC.

En la actualidad, el profesor Mastalerz y su equipo están trabajando para aumentar aún más la selectividad de los cristales y transferir el proceso a otros gases fluorados, como los utilizados en la anestesia médica. “Veo un enorme potencial de desarrollo en este campo”, subraya el investigador. Espera que el adsorbente pueda utilizarse para la recuperación de hidrocarburos polifluorados en su punto de uso.

Publicación original: K. Tian, S. M. Elbert, X.-Y. Hu, T. Kirschbaum, W.-S. Zhang, F. Rominger, R. R. Schröder, M. Mastalerz: Highly Selective Adsorption of Perfluorinated Greenhouse Gases by Porous Organic Cages, Advanced Materials (3 June 2022).

Fuente: Quimica.es