Um número crescente de cientistas está procurando rapidamente, maneiras econômicas de converter o gás dióxido de carbono em produtos químicos e combustíveis valiosos.

Agora, uma equipe internacional de pesquisadores revelou uma nova abordagem que utiliza uma série de reações catalíticas para reduzir eletroquimicamente o dióxido de carbono em metano, o principal ingrediente do gás natural, eliminando uma etapa intermediária geralmente necessária no processo de redução.

“Queremos fornecer eletricidade renovável e pegar dióxido de carbono da atmosfera e convertê-lo em outra coisa em uma única etapa, "disse Bingjun Xu, professor assistente de engenharia química e biomolecular da Universidade de Delaware. "Esta é uma contribuição fundamental para esta visão."

Os resultados da equipe foram publicados na revista Nature Communications em 26 de julho, 2019. Dois dos autores do estudo estão baseados na UD:Xu e o associado de pós-doutorado Xiaoxia Chang. Outro autor do estudo, Qi Lu da Universidade Tsinghua na China, foi ex-associado de pós-doutorado no Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da UD.

Os autores do artigo também incluem Haochen Zhang da Universidade de Tsinghua, Jingguang Chen, da Columbia University, William Goddard III do California Institute of Technology e Mu-Jeng Cheng da National Cheng Kung University em Taiwan.

Um sistema de um único pote

Para converter dióxido de carbono em combustíveis valiosos, você tem que começar com uma superfície feita de cobre, o metal famoso por seu uso em centavos e fiação elétrica. O cobre pode ser usado para reduzir o dióxido de carbono em monóxido de carbono, que pode ser posteriormente transformado em substâncias como o metano. Este processo é relativamente simples, mas requer dois reatores e etapas dispendiosas de separação e purificação.

A equipe de pesquisa usou cálculos e experimentos para projetar um sistema de catálise de um recipiente. Adicione dióxido de carbono, e uma série de reações químicas acontecerá sem a necessidade de parar e adicionar mais produtos químicos.

Para fazer isso, a equipe adicionou superfícies de prata nanoestruturadas especiais, que foram desenvolvidos por Lu quando ele era um associado de pós-doutorado na UD de 2012 a 2015, às superfícies de cobre. A porção de prata atrai moléculas de monóxido de carbono, que então migram para a porção de cobre e se reduzem a metano. O sistema produz uma concentração mais alta de metano do que os sistemas apenas de cobre.

“Neste trabalho, a principal novidade é combinar esses dois em uma configuração de forma que várias etapas de reação possam ocorrer em um sistema, "disse Xu." Modificamos sistematicamente a composição, a proporção de prata para cobre na estrutura. Esses são a chave para a seletividade e capacidade de combinar as reações. "

Tentativas anteriores de combinar cobre com metal precioso desta forma falharam, mas o grupo desenvolveu um tipo especial de estrutura de eletrodo que habilitou o sistema. A pesquisa foi o resultado de um esforço colaborativo com grupos de pesquisa contribuindo com espectroscopia, computação, e estudos de reatividade de materiais.