É um sonho acalentado há muito tempo:Remover o gás carbônico inerte do efeito estufa da atmosfera e usá-lo como matéria-prima para a indústria química. Isso poderia resolver dois problemas principais ao mesmo tempo, ao conter as mudanças climáticas e, ao mesmo tempo, reduzir a dependência do petróleo. Físico-químicos da Universidade de Bonn estão fazendo contribuições significativas para essa visão. Eles descobriram uma nova maneira de criar uma forma altamente reativa de dióxido de carbono com a ajuda de pulsos de laser. Os resultados foram previamente publicados online e em breve serão apresentados na edição impressa da revista. Angewandte Chemie .
Todos os dias, a natureza mostra aos humanos como ligar elegantemente o dióxido de carbono do ar e transformá-lo em uma matéria-prima muito necessária. As plantas realizam fotossíntese com suas folhas verdes quando expostas à luz. O oxigênio e o açúcar, fornecedor de energia e nutrientes, muito necessários, são criados a partir do dióxido de carbono e da água com a ajuda da luz solar.
"Os cientistas têm se esforçado para imitar este modelo há muito tempo, por exemplo, a fim de usar dióxido de carbono para a indústria química, "diz o Prof. Dr. Peter Vöhringer do Instituto de Química Física e Teórica da Universidade de Bonn. O que torna o conceito difícil de implementar é que é muito difícil empurrar o dióxido de carbono para novas parcerias com outras moléculas.
Com sua equipe, o físico-químico descobriu agora uma nova maneira de gerar uma variante altamente reativa do gás de efeito estufa inerte e difícil de ligar. Os pesquisadores usaram um chamado complexo de ferro:o centro contém um átomo de ferro carregado positivamente, ao qual os constituintes do dióxido de carbono já estão ligados várias vezes. Os cientistas lançaram pulsos de laser ultracurtos de luz ultravioleta sobre este complexo de ferro, que quebrou certos laços. O produto resultante foi um denominado radical de dióxido de carbono, que também forma novos laços com uma certa radicalidade.
Esses radicais têm um único elétron em sua camada externa que deseja se ligar permanentemente a outra molécula ou átomo. "É esse elétron desemparelhado que distingue nosso ânion radical reativo ligado ao átomo de ferro central do dióxido de carbono inerte e o torna tão promissor para processos químicos, "explica o autor principal Steffen Straub da equipe de Vöhringer. Os radicais podem, por sua vez, ser os blocos de construção para produtos químicos interessantes, como o metanol como combustível ou a ureia para sínteses químicas e o ácido salicílico como analgésico.
Espectrômetro mostra moléculas em funcionamento
Com seu espectrômetro de laser e infravermelho, um grande aparato no porão do instituto, os cientistas observam as moléculas em ação. O espectrômetro mede as vibrações características das moléculas, e essa "impressão digital" permite que eles identifiquem as ligações entre diferentes átomos. "A formação do radical de dióxido de carbono dentro do complexo de ferro muda as ligações entre os átomos, que reduz a frequência da vibração característica de dióxido de carbono, "explica Straub.
Com instinto forense, os cientistas conseguiram provar que os pulsos de laser realmente produzem o radical reativo de dióxido de carbono. Primeiro, a equipe simulou os espectros vibracionais das moléculas no computador, em seguida, comparou os cálculos com as medições. O resultado:simulação e experimento foram de fato uma combinação excelente. Como um "filme molecular, "o espectrômetro tirou" instantâneos "na resolução temporal inimaginável de milionésimos de um bilionésimo de segundo. Com base nos espectros, que correspondem às imagens individuais de um filme, pode, portanto, ser revelado - essencialmente em câmera lenta - como o complexo de ferro se deforma sob a iluminação de laser pulsado ao longo de vários estágios, os laços se rompem e, finalmente, o radical é formado.
"Nossas descobertas têm o potencial de mudar fundamentalmente as idéias sobre como extrair o dióxido de carbono do gás de efeito estufa da atmosfera e usá-lo para produzir produtos químicos importantes, "diz Vöhringer. No entanto, catalisadores adequados ainda teriam que ser desenvolvidos para uso industrial porque os pulsos de laser não são eficientes para a conversão em grande escala. "Apesar disso, nossos resultados fornecem pistas de como tal catalisador teria que ser projetado, "acrescenta o cientista. O presente estudo se encaixa nas áreas-chave do perfil multidisciplinar em sustentabilidade, bem como na pesquisa de matéria da Universidade de Bonn.
