p Os cientistas desenvolveram um material ativado por luz que pode converter quimicamente dióxido de carbono em monóxido de carbono sem gerar subprodutos indesejados. A conquista marca um passo significativo no desenvolvimento de tecnologia que pode ajudar a gerar combustível e outros produtos ricos em energia usando um catalisador movido a energia solar, ao mesmo tempo que reduz os níveis de um potente gás de efeito estufa. p Quando exposto à luz visível, o material, uma estrutura cristalina orgânica de níquel "esponjosa", converteu o dióxido de carbono (CO2) em uma câmara de reação exclusivamente em monóxido de carbono (CO) gasoso, que pode ser posteriormente transformado em combustíveis líquidos, solventes, e outros produtos úteis.

p Uma equipe de pesquisa internacional liderada por cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) e da Universidade Tecnológica de Nanyang (NTU) em Cingapura publicou o trabalho em 28 de julho na revista Avanços da Ciência .

p "Mostramos uma seletividade de quase 100 por cento da produção de CO, sem detecção de produtos de gás concorrentes, como hidrogênio ou metano, "disse Haimei Zheng, cientista da equipe da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e co-autor do estudo. "Isso é um grande negócio. Na redução do dióxido de carbono, você quer sair com um produto, não é uma mistura de coisas diferentes. "

p Livrando-se da competição

p Na química, redução se refere ao ganho de elétrons em uma reação, enquanto a oxidação é quando um átomo perde elétrons. Entre os exemplos bem conhecidos de redução de dióxido de carbono está na fotossíntese, quando as plantas transferem elétrons da água para o dióxido de carbono enquanto criam carboidratos e oxigênio.

p A redução do dióxido de carbono precisa de catalisadores para ajudar a quebrar as ligações estáveis ​​da molécula. O interesse no desenvolvimento de catalisadores para redução de dióxido de carbono movido a energia solar para gerar combustíveis aumentou com o rápido consumo de combustíveis fósseis no século passado, e com o desejo de fontes renováveis ​​de energia.

p Os pesquisadores estão particularmente interessados ​​em eliminar as reações químicas concorrentes na redução do dióxido de carbono.

p "A supressão completa da evolução do hidrogênio competitivo durante uma conversão fotocatalítica de CO2 em CO não foi alcançada antes de nosso trabalho, "disse Zheng.

p No Berkeley Lab, Zheng e seus colegas desenvolveram um método químico a laser inovador para criar um material composto orgânico-metálico. Eles dissolveram precursores de níquel em uma solução de trietilenoglicol e expuseram a solução a um laser infravermelho sem foco, que desencadeou uma reação em cadeia na solução à medida que o metal absorveu a luz. A reação resultante formou compostos orgânicos de metal que foram então separados da solução.

p "Quando mudamos o comprimento de onda do laser, obteríamos composições diferentes, "disse o co-autor do estudo Kaiyang Niu, um cientista de materiais no laboratório de Zheng. "Foi assim que determinamos que as reações eram ativadas por luz, em vez de ativadas por calor."

p Os pesquisadores caracterizaram a estrutura do material na Fundição Molecular, um DOE Office of Science User Facility no Berkeley Lab. O fotocatalisador orgânico de níquel tinha semelhanças notáveis ​​com estruturas de metal orgânico, ou MOFs. Embora os MOFs tenham uma estrutura cristalina regular com ligantes rígidos entre os componentes orgânicos e inorgânicos, este novo fotocatalisador incorpora uma mistura de ligantes suaves de comprimentos variados conectados com níquel, criando defeitos na arquitetura.

p "Os defeitos resultantes são intencionais, criando mais poros e locais onde podem ocorrer reações catalíticas, "disse Niu." Este novo material é mais ativo e altamente seletivo em comparação com os MOFs feitos por aquecimento tradicional. "

p Reduzindo CO2 para CO

p Cientistas da NTU testaram o novo material em uma câmara de gás cheia de dióxido de carbono, medição dos produtos de reação usando técnicas de cromatografia gasosa e espectrometria de massa em intervalos regulares de tempo. Eles determinaram que em uma hora em temperatura ambiente, 1 grama do catalisador orgânico de níquel foi capaz de produzir 16, 000 micromoles, ou 400 mililitros, de monóxido de carbono. Além disso, eles determinaram que o catalisador tinha um nível promissor de estabilidade que permitia que ele fosse usado por um longo tempo.

p A redução do dióxido de carbono por catalisadores não é nova, mas outros materiais geralmente geram vários produtos químicos no processo. A produção quase total de monóxido de carbono com este material representou um novo nível de seletividade e controle, os pesquisadores enfatizaram.

p Os pesquisadores têm algumas reflexões sobre como ocorre essa seletividade. Eles sugerem que a arquitetura de seu fotocatalisador torna mais fácil para os ânions de dióxido de carbono se ligarem aos locais de reação, deixando pouco espaço para os radicais de hidrogênio aterrissarem. Isso limitaria as transferências de prótons necessárias para formar o gás hidrogênio, disseram os pesquisadores.

p Os pesquisadores impulsionaram o fotocatalisador orgânico de níquel ainda mais, enriquecendo-o com ródio ou nanocristais de prata para criar os ácidos fórmico e acético, respectivamente. Ácido fórmico, encontrado no veneno de formigas e urtigas, e ácido acético, o principal componente do vinagre, são amplamente utilizados na indústria. Mais importante, os pesquisadores notaram, as moléculas desses produtos são caracterizadas por ligações de dois carbonos, um passo em direção à geração de combustíveis líquidos de alta energia com mais ligações de carbono

p "O mundo agora precisa de formas inovadoras para criar alternativas aos combustíveis fósseis, e para conter os níveis excessivos de CO2 na atmosfera, "disse Zheng." Converter CO2 em combustíveis usando energia solar é um esforço de pesquisa global. O fotocatalisador esponjoso de níquel orgânico que demonstramos aqui é um passo crítico em direção à produção prática de combustíveis multicarbonatos de alto valor usando energia solar. "