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    Convertendo dióxido de carbono em monóxido de carbono usando água, eletricidade

    A redução de CO 2 . Crédito:Sr. Aditya Prajapati

    Pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago e do Joint Center for Artificial Photosynthesis determinaram como os eletrocatalisadores podem converter dióxido de carbono em monóxido de carbono usando água e eletricidade. A descoberta pode levar ao desenvolvimento de eletrocatalisadores eficientes para a produção em larga escala de gás de síntese - uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio.

    "A redução eletroquímica do dióxido de carbono para combustíveis é um assunto de considerável interesse porque oferece um meio de armazenar eletricidade de fontes de energia como o vento e a radiação solar na forma de ligações químicas, "disse Meenesh Singh, professor assistente de engenharia química e autor principal do estudo publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

    Durante sua pesquisa de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, Berkeley, Singh estudou fotossíntese artificial e fez parte de uma equipe que desenvolveu folhas artificiais que, quando exposto à luz solar direta, foram capazes de converter dióxido de carbono em combustíveis.

    Em sua última pesquisa, Singh desenvolveu um modelo multiescala de última geração que une uma análise química quântica da via de reação; um modelo microcinético da dinâmica da reação; e um modelo contínuo para o transporte de espécies no eletrólito para aprender precisamente como o dióxido de carbono pode ser eletroquimicamente reduzido por meio de um catalisador, neste caso prata, e transformado em monóxido de carbono.

    Embora a via de reação mais plausível seja geralmente identificada a partir do cálculo químico quântico da via de energia livre mais baixa, esta abordagem pode ser enganosa quando as coberturas de espécies adsorvidas diferem significativamente, Disse Singh. É essencial, Portanto, para integrar os efeitos dos estados eletrônicos de um catalisador no nível atômico com a dinâmica das espécies no eletrólito no nível do contínuo para uma previsão precisa das vias de reação eletrocatalítica.

    "Este modelo multiescala é uma das maiores conquistas da eletroquímica, " ele disse.

    Para entender como os eletrocatalisadores em células de combustível ou células eletroquímicas funcionam, os cientistas precisam primeiro sondar os níveis eletrônicos e quânticos, o que pode ser extremamente desafiador na presença de um campo elétrico, disse Jason Goodpaster, professor assistente de química da Universidade de Minnesota e um dos co-autores. Singh e Goodpaster levaram mais de um ano para produzir e avaliar individualmente os modelos e integrá-los em uma estrutura multiescala para simulação em escala real da reação eletroquímica.

    Esta é a primeira vez, Singh disse, que os cientistas previram quantitativamente a partir dos primeiros princípios, a densidade de corrente do monóxido de carbono e do hidrogênio em função do potencial aplicado e da pressão do dióxido de carbono.

    "Depois de reconhecer como essas reações estão ocorrendo nos eletrocatalisadores, você pode controlar a estrutura dos catalisadores e as condições operacionais para produzir monóxido de carbono de forma eficiente, "Singh disse. Uma vez que são gases produzidos - monóxido de carbono e hidrogênio são insolúveis em eletrólitos aquosos - eles podem ser facilmente separados como gás de síntese e convertidos em combustíveis como o metanol, éter dimetil, ou uma mistura de hidrocarbonetos.

    Eletrocatalisadores, como ouro, prata, zinco, paládio e gálio são conhecidos por produzir misturas de dióxido de carbono e hidrogênio em várias proporções, dependendo da voltagem aplicada, Disse Singh. Ouro e prata exibem a maior atividade para a redução de dióxido de carbono, e uma vez que a prata é mais abundante e menos cara do que o ouro, "a prata é o eletrocatalisador mais promissor para a produção em larga escala de monóxido de carbono, " ele disse.


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