Em um esforço para desenvolver soluções sustentáveis ​​para as necessidades de energia da humanidade, muitos cientistas estão estudando a captura e utilização de carbono - a prática de usar o excesso de dióxido de carbono na atmosfera ou de fontes pontuais, em vez de combustíveis fósseis, para sintetizar produtos químicos usados ​​para fazer produtos de uso diário, de plásticos a combustíveis e produtos farmacêuticos.

Feng Jiao, professor associado de engenharia química e biomolecular da Universidade de Delaware, é líder na área de captura e utilização de carbono. Agora, ele e seus colegas fizeram uma nova descoberta que poderia avançar ainda mais na captura e utilização do carbono e estender sua promessa a novas indústrias.

No jornal Química da Natureza , Jiao e colaboradores do California Institute of Technology, Universidade de Nanjing (China), e a Soochow University (China) descrevem como formaram ligações carbono-nitrogênio em uma reação eletroquímica de redução de monóxido de carbono, que levou à produção de produtos químicos de alto valor chamados amidas. Essas substâncias são úteis em uma variedade de indústrias, incluindo produtos farmacêuticos.

A equipe é a primeira a fazer isso. "Agora, começando com dióxido de carbono como fonte de carbono, podemos expandir para uma variedade de produtos, "disse Jiao, o diretor associado do Centro de Ciência e Tecnologia Catalítica (CCST) da UD.

A ciência por trás dessas descobertas é a eletroquímica, que utiliza eletricidade para produzir mudança química. Em esforços de pesquisa anteriores, Jiao desenvolveu um catalisador de prata especial, que converte dióxido de carbono em monóxido de carbono. Próximo, ele queria atualizar ainda mais o monóxido de carbono em produtos multi-carbonos úteis na produção de combustíveis, produtos farmacêuticos e muito mais.

"No campo da conversão eletroquímica de dióxido de carbono, estávamos presos a apenas quatro produtos principais que podemos fazer usando essa tecnologia:etileno, etanol, propanol, e, como relatamos há apenas alguns meses em Catálise Natural , acetato, "disse Jiao.

O nitrogênio é o ingrediente secreto para desbloquear o potencial do sistema. A equipe usou um reator de fluxo eletroquímico que normalmente é alimentado com dióxido de carbono ou monóxido de carbono, mas desta vez eles colocaram monóxido de carbono e amônia, um composto que contém nitrogênio. A fonte de nitrogênio interage com o catalisador de cobre na interface eletrodo-eletrólito, levando à formação de ligações carbono-nitrogênio (CN). Este processo permitiu à equipe sintetizar produtos químicos que nunca haviam sido feitos desta forma, incluindo amidas, que pode ser usado em síntese farmacêutica. Muitos compostos farmacêuticos contêm nitrogênio, e "isso realmente fornece uma maneira única de construir grandes moléculas que contenham nitrogênio de espécies simples de carbono e nitrogênio, "disse Jiao.

Em uma reunião da American Chemical Society, Jiao compartilhou algumas de suas descobertas preliminares com William A. Goddard III, investigador principal do Joint Center for Artificial Photosynthesis da Caltech. Goddard, um especialista líder mundial que usa a mecânica quântica para determinar o mecanismo de reação e as taxas de tais processos eletrocatalíticos, ficou muito animado com esta descoberta inesperada e imediatamente configurou sua equipe. Tao Cheng, no laboratório Goddard, descobriu que o novo acoplamento de carbono-nitrogênio era uma ramificação do mecanismo que havia sido determinado para a produção de etileno e etanol, sugerindo que Jiao pode ser capaz de acoplar títulos diferentes do CN.

"Através de uma estreita colaboração com o Prof. Goddard, aprendemos muito em termos de como essa ligação carbono-nitrogênio se formou na superfície do catalisador, "disse Jiao." Isso nos deu importantes insights sobre como podemos projetar catalisadores ainda melhores para facilitar alguns desses tipos de reações químicas. "

As implicações deste trabalho podem ser abrangentes.

"Isso tem um impacto significativo no futuro, Eu penso, para resolver parcialmente os problemas de emissão de dióxido de carbono, "disse Jiao." Agora podemos realmente utilizá-lo como matéria-prima de carbono para produzir produtos químicos de alto valor. "