Defeitos na nanossílica podem salvar o planeta Terra do aquecimento global. Crédito:Ayan Maity, TIFR, Mumbai
Uma quantidade excessiva de dióxido de carbono é a principal causa das mudanças climáticas. Uma das melhores abordagens é capturar e converter dióxido de carbono (CO 2 ) em combustível como o metano. Por outro lado, uma forma sustentável de resolver o problema energético é gerar fontes alternativas de energia, Contudo, desafios relacionados ao armazenamento de eletricidade renovável estão impedindo o desenvolvimento dessas tecnologias. Assim, CO 2 conversão para metano usando hidrogênio renovável tem o grande potencial de fornecer uma solução para esses dois problemas de CO excessivo 2 níveis, e a incompatibilidade temporal entre a produção e a demanda de eletricidade renovável, bem como armazenamento de hidrogênio.
Catalisadores mais conhecidos para CO 2 metanação são nanopartículas de metais com suporte. Contudo, a maioria deles sofre com o problema de estabilidade, bem como seletividade em relação ao metano em relação ao CO. A melhor maneira de resolver o problema da estabilidade do catalisador é substituindo os sítios ativos (nanopartículas de metal) por sítios ativos livres de metal que são catalíticos, bem como estáveis mesmo em um ambiente com ar em altas temperaturas.
Nesse trabalho, pesquisadores do TIFR desenvolveram o protocolo de engenharia de defeitos magnesiotérmicos para projetar um novo sistema de catalisador onde os sítios ativos de nanopartículas metálicas foram substituídos por defeitos como sítios cataliticamente ativos.
Este é o primeiro catalisador 'livre de ligante livre de metal' para CO 2 conversão. Os defeitos na nanossílica convertem CO 2 ao metano com excelente produtividade e seletividade. Além disso, nanopartículas de metal não eram necessárias, e os locais de defeito por si só agiam como locais catalíticos para ativação de dióxido de carbono e dissociação de hidrogênio, e sua ação cooperativa converteu CO 2 ao metano.
O catalisador é reciclável e estável por mais de 200 h com 10.000 μmoles g -1 h -1 de produtividade para o metano. Notavelmente, ao contrário de catalisadores de metal caros, a atividade catalítica para a produção de metano aumentou significativamente após cada ciclo de regeneração, atingindo mais do que o dobro da taxa de produção de metano após oito ciclos de regeneração em comparação com o desempenho inicial do catalisador.
Os estudos de espectroscopia forneceram percepções atomísticas sobre os vários locais de defeitos (centros de radicais Si, O-vaga, e centros de orifícios de oxigênio sem ponte) em termos de suas concentrações, proximidade, e cooperatividade. O estudo de espectroscopia in-situ forneceu percepções mecanicistas em nível molecular, indicando possíveis caminhos para CO 2 conversão em metano e monóxido de carbono, que foi posteriormente confirmado por estudo computacional em colaboração com o Prof. Ayan Datta da Associação Indiana de Ciência do Cultivo (IACS), Calcutá.
