Convertendo dióxido de carbono em metanol, um combustível alternativo potencialmente renovável, oferece a oportunidade de formar simultaneamente um combustível alternativo e reduzir as emissões de dióxido de carbono.

Inspirado por processos que ocorrem naturalmente, uma equipe de químicos do Boston College usou um sistema multicatalisador para converter dióxido de carbono em metanol nas temperaturas mais baixas relatadas com alta atividade e seletividade, os pesquisadores relataram em uma recente edição online da revista Chem .

A descoberta da equipe foi possível com a instalação de vários catalisadores em um único sistema construído dentro de um material cristalino poroso semelhante a uma esponja conhecido como estrutura metal-orgânica, disseram os professores associados de química do Boston College, Jeffery Byers e Frank Tsung, principais autores do relatório.

Mantido no lugar pela esponja, os catalisadores separados funcionam em harmonia. Sem isolamento das espécies cataliticamente ativas desta forma, a reação não prosseguiu e nenhum produto foi obtido, eles relataram.

A equipe se inspirou na maquinaria biológica das células, que usam reações químicas multicomponentes com grande eficiência, Tsung disse.

A equipe empregou a separação do catalisador por meio da química hospedeiro-hóspede - onde uma molécula "hospedeira" é encapsulada em um material "hospedeiro" para formar um novo composto químico - para converter dióxido de carbono em metanol. A abordagem, inspirado nas transformações catalíticas multicomponentes na natureza, converteu um gás de efeito estufa em um combustível renovável, evitando a alta demanda catalítica em uma única espécie.

"Conseguimos isso encapsulando um ou mais catalisadores em estrutura metal-orgânica e aplicando o construto hospedeiro-convidado resultante em catálise em conjunto com outro complexo de metal de transição, "disse Tsung.

O time, que incluiu o estudante de graduação Thomas M. Rayder e o estudante de graduação Enric H. Adillon, estabeleceram para determinar se eles poderiam desenvolver uma abordagem para integrar catalisadores incompatíveis, a fim de converter dióxido de carbono em metanol em baixa temperatura e com alta seletividade, disse Byers.

Especificamente, eles queriam descobrir se há vantagens específicas para essa abordagem quando comparada aos sistemas atuais de última geração para a conversão de dióxido de carbono em metanol baseada em complexos de metais de transição.

"O posicionamento de vários catalisadores complexos de metal de transição na posição certa em um sistema é fundamental para a rotação da reação, "disse Byers." Ao mesmo tempo, encapsular esses catalisadores permitiu a reciclabilidade no sistema catalítico multicomponente. "

Essas propriedades tornam a construção de catalisador multicomponente mais relevante industrialmente, que pode abrir caminho para uma economia de combustível neutra em carbono, disseram as pesquisas.

Além de alcançar o isolamento do local encapsulando os catalisadores, que levou à atividade do catalisador e reciclabilidade, a equipe descobriu uma característica autocatalítica do catalisador que permitiu que a reação fosse executada sem a necessidade de grandes quantidades de aditivos. A maioria dos relatórios anteriores para reações semelhantes usam grandes quantidades de aditivos, mas a abordagem da equipe evita essa necessidade e é a primeira a usar dióxido de carbono em uma reação relacionada à energia, Tsung disse.

A equipe planeja fazer mais pesquisas sobre a modularidade do método de encapsulamento e das estruturas metal-orgânicas para obter uma compreensão mais profunda do sistema multicomponente e otimizá-lo ainda mais, bem como acesso novo, reatividade inexplorada por meio da formação de novos construtos hospedeiro-convidado, Tsung disse.