Os cientistas desenvolveram uma nova receita para a criação de misturas de gases de síntese, ou syngas, isso envolve a adição de uma pitada de átomos de cobre polvilhados sobre uma superfície de ouro. O novo material suporta uma reação eletroquímica à temperatura ambiente que pode converter dióxido de carbono e água em gás de síntese, uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio, e um importante precursor na produção de produtos químicos e combustíveis sintéticos.

Os pesquisadores dizem que o gás de síntese pode ser convertido a jusante em pequenas moléculas, como etanol, ou hidrocarbonetos maiores, como aqueles na gasolina, por fermentação ou termoquímica. Projetar um material e um processo que possa controlar facilmente a composição do gás de síntese seria uma melhoria importante na redução dos impactos ambientais desses processos industriais.

Eles descrevem seu design em um artigo publicado recentemente no Jornal da American Chemical Society . O estudo foi liderado por Peidong Yang, cientista sênior do corpo docente da Divisão de Ciências de Materiais do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) do Departamento de Energia, e Edward Sargent, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Toronto.

"Não conhecemos nenhum outro eletrocatalisador que combine altas taxas de produção com um controle de composição de gás de síntese tão abrangente, "disse Yang, que também é professor de química na Universidade da Califórnia, Berkeley. "Muitos processos que utilizam gás de síntese requerem diferentes composições de gás, por isso, queríamos criar uma família de eletrocatalisadores que pudesse ser facilmente sintonizada. "

Os pesquisadores descobriram que podiam controlar a quantidade de monóxido de carbono e hidrogênio gerado pelo eletrocatalisador, ajustando a quantidade de átomos de cobre em camadas sobre uma superfície de ouro nanoestruturada.

“O cobre muda a força com que o CO2 se liga à superfície, "disse o autor principal do estudo, Michael Ross, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Yang. "Uma superfície nanoestruturada que é principalmente ouro produz principalmente monóxido de carbono. Para produzir uma mistura que é mais rica em hidrogênio, adicionamos mais cobre. "

Os pesquisadores usaram técnicas de espectroscopia de fotoelétrons de raios-X na Fundição Molecular do Berkeley Lab para quantificar a quantidade de cobre no eletrocatalisador de ouro necessária para criar diferentes misturas de gás de síntese. Por exemplo, uma camada de cobre com 1 átomo de espessura cobrindo a superfície do ouro pode produzir uma mistura 2 para 1 de hidrogênio para monóxido de carbono. Quando o ouro não é adulterado, a mistura de monóxido de hidrogênio para carbono é de 1 a 10, demonstrando ampla flexibilidade na produção de gás de síntese.

"Se esses eletrocatalisadores pudessem ser ampliados para funcionar em reatores industriais, poderíamos fazer gás de síntese usando eletricidade gerada de maneira renovável e CO2, "disse Ross." Syngas está sendo convertido em metanol, combustível diesel, e outros produtos químicos úteis em todo o mundo. Isso poderia tornar a produção desses produtos químicos muito mais sustentável. "