Arte original da Universidade de Pittsburgh representando uma nanopartícula bimetálica à base de cobre projetada para adsorver e ativar dióxido de carbono apareceu na capa da ChemSusChem em abril de 2018. Crédito:Swanson School of Engineering / James Dean
Um artigo recente no jornal de química sustentável ChemSusChem revelou que pesquisadores da Universidade de Pittsburgh estão "dopando" nanopartículas para aumentar sua capacidade de capturar dióxido de carbono e fornecer uma fonte bruta de carbono para processos industriais. Não deve ser confundido com seu uso negativo no atletismo, "dopagem" em engenharia química se refere à adição de uma substância em outro material para melhorar seu desempenho.
Junto com as temperaturas globais, pesquisa sobre a captura de dióxido de carbono (CO 2 ) está em alta. A quantidade de CO 2 na atmosfera atingiu um pico histórico de 408 partes por milhão, de acordo com as últimas medições da NASA. Estudos anteriores mostraram a conexão entre gases de efeito estufa como o CO 2 e a tendência de aquecimento, que começou por volta da virada do século XX.
"Muitos de nossos processos industriais contribuem para a quantidade alarmante de CO 2 na atmosfera, então precisamos desenvolver novas tecnologias para intervir, "diz Giannis Mpourmpakis, professor assistente de engenharia química e de petróleo na Escola de Engenharia Swanson de Pitt. "Capturando CO 2 da atmosfera e convertê-lo em produtos químicos úteis pode ser ambiental e industrialmente benéfico. "
Dr. Mpourmpakis foi co-autor do estudo intitulado "Projeto de Nanopartículas Bimetálicas Baseadas em Cobre para Adsorção e Ativação de Dióxido de Carbono" em ChemSusChem , com outros pesquisadores do Departamento de Engenharia Química e de Petróleo de Pitt, incluindo o Professor Götz Veser e três Ph.D. alunos:James Dean, Natalie Austin, e Yahui Yang. Uma representação artística dos nanomateriais de cobre dopados com zircônio apareceu em uma das capas da revista para o Volume 11, Edição 7 em abril de 2018.
Por meio de uma série de simulações de computador e experimentos de laboratório, os pesquisadores projetaram e desenvolveram um catalisador estável para a captura e ativação de CO 2 por dopagem de nanopartículas de cobre com zircônio. Os pesquisadores acreditam que as nanopartículas têm grande potencial para reduzir a pegada de carbono de certos processos, como a queima de combustíveis fósseis. Contudo, CO 2 as moléculas são bastante relutantes em mudar.
"CO 2 é uma molécula muito estável que precisa ser "ativada" para ser convertida. Esta ativação acontece pela ligação de CO 2 a sítios catalisadores que tornam a ligação carbono-oxigênio menos estável. Nossos experimentos confirmaram os cálculos de química computacional no grupo Mpourmpakis de que dopar cobre com zircônio cria um bom candidato para enfraquecer o CO 2 títulos, "explica o Dr. Veser.
O grupo de Mpourmpakis usou química computacional para simular centenas de experimentos potenciais muito mais rapidamente e menos caro do que os métodos de laboratório tradicionais e identificou o dopante candidato mais promissor que foi então verificado experimentalmente.
Nanopartículas de cobre são bem adequadas para a conversão de CO 2 a produtos químicos úteis porque são baratos, e são excelentes catalisadores de hidrogenação. Por meio da hidrogenação, CO 2 pode ser convertido em produtos químicos de alto valor, como metanol (CH 3 OH) ou metano (CH 4 ) Infelizmente, convertendo CO 2 também requer sua ativação que o cobre não é capaz de fornecer. O zircônio se dá bem com o cobre e ativa naturalmente o CO 2 .
"Para ter um dopante eficaz, você precisa ter locais na superfície do catalisador que passam elétrons para o CO 2 , "diz o Dr. Mpourmpakis." O dopante muda as características eletrônicas dos materiais, e descobrimos que o zircônio é particularmente eficaz na ativação do CO 2 . "
Os pesquisadores do Pitt testaram várias configurações de nanopartículas diferentes e descobriram que as nanopartículas de cobre dopadas com zircônio foram catalisadores particularmente promissores para hidrogenar CO. 2 e já começaram a testar sua eficácia.
