Cu2O (à direita) que sofre fotocorrosão em comparação com Cu2O / TiO2 (à esquerda) que opera sob um esquema Z para reduzir o CO2. Crédito:Ruixin Zhou
Uma equipe de químicos da Universidade de Kentucky e do Instituto de Pesquisas Físicas de Mar del Plata, na Argentina, acaba de relatar uma forma de desencadear uma etapa fundamental no mecanismo de fotossíntese, proporcionando um processo com grande potencial para o desenvolvimento de novas tecnologias para redução dos níveis de dióxido de carbono.
Liderado por Marcelo Guzman, um professor associado de química> no UK College of Arts and Sciences, e Ruixin Zhou, um estudante de doutorado trabalhando com Guzman, os pesquisadores usaram um nanomaterial sintético que combina o poder altamente redutor do óxido cuproso (Cu 2 O) com um revestimento de dióxido de titânio oxidante (TiO 2 ) que evita a perda de íon cobre (I) no catalisador. O catalisador feito de Cu 2 O / TiO 2 tem a capacidade única de transferir elétrons para reduzir o gás de efeito estufa atmosférico dióxido de carbono (CO 2 ) enquanto simultaneamente quebra a molécula de água (H 2 O). A característica única deste catalisador para transferência de elétrons imita o mecanismo denominado "esquema Z" da fotossíntese.
Publicado em Catálise B aplicada:Ambiental , os pesquisadores demonstraram que, se o catalisador é exposto à luz solar, os elétrons são transferidos para o CO 2 em um processo que se assemelha ao modo como os fotossistemas 1 e 2 operam na natureza.
“Desenvolvendo os materiais que podem ser combinados para reduzir o CO 2 através de um mecanismo de esquema Z direto com luz solar é um problema importante, "disse Zhou." No entanto, é ainda mais difícil demonstrar que o processo realmente funciona. Deste ponto de vista científico, a pesquisa está contribuindo para o avanço da tecnologia de sequestro de carbono. "
Esta é uma tarefa que muitos cientistas vêm perseguindo há muito tempo, mas o desafio é provar que os dois componentes do catalisador interagem para habilitar as propriedades eletrônicas de um mecanismo de esquema Z. Embora uma variedade de materiais possa ser usada, o aspecto principal dessa pesquisa é que o catalisador não é feito de elementos escassos e muito caros, como rênio e irídio, para impulsionar as reações com a energia solar que atinge a superfície da Terra. O catalisador empregou TiO resistente à corrosão 2 para aplicar uma camada protetora branca às partículas octaédricas de Cu vermelho 2 O.
A equipe projetou uma série de experimentos para testar a hipótese de que o catalisador opera por meio de um esquema Z em vez de usar um mecanismo de transferência de carga dupla. A produção de monóxido de carbono (CO) medida a partir de CO 2 redução, a identificação do radical hidroxila (HO • ) intermediário de H 2 Oxidação de O a caminho para formar oxigênio (O 2 ), e as propriedades eletrônicas e ópticas caracterizadas do catalisador e componentes individuais verificaram que o esquema Z proposto estava operacional.
O próximo objetivo da pesquisa é melhorar a abordagem, explorando uma série de diferentes catalisadores e identificar o mais eficiente para transformar o CO 2 em combustíveis químicos como o metano. Por aqui, nova tecnologia será criada para fornecer fontes de energia alternativas limpas e acessíveis e para resolver o problema do consumo contínuo de combustíveis fósseis e níveis crescentes de gases de efeito estufa.
Esta pesquisa foi apoiada em parte pela U.S. National Science Foundation, Reino Unido e por duas agências argentinas (CONICET e ANPCyT).
