p Os catalisadores aceleram as reações químicas e formam a espinha dorsal de muitos processos industriais. Por exemplo, eles são essenciais para transformar o óleo pesado em gasolina ou combustível de aviação. Hoje, os catalisadores estão envolvidos em mais de 80% de todos os produtos manufaturados. p Uma equipe de pesquisa, liderado pelo Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) em colaboração com a Northern Illinois University, descobriu um novo eletrocatalisador que converte dióxido de carbono (CO ₂ ) e água em etanol com alta eficiência energética, alta seletividade para o produto final desejado e baixo custo. O etanol é uma mercadoria particularmente desejável porque é um ingrediente em quase toda a gasolina dos EUA e é amplamente utilizado como um produto intermediário na química, indústrias farmacêuticas e cosméticas.

p “O processo resultante do nosso catalisador contribuiria para a economia circular de carbono, que envolve a reutilização de dióxido de carbono, "disse Di-Jia Liu, químico sênior na divisão de Engenharia e Ciências Químicas de Argonne e cientista CASE UChicago na Pritzker School of Molecular Engineering, Universidade de Chicago. Este processo faria isso convertendo eletroquimicamente o CO ₂ emitida a partir de processos industriais, como usinas de combustível fóssil ou usinas de fermentação de álcool, em mercadorias valiosas a um custo razoável.

p O catalisador da equipe consiste em cobre atomicamente disperso em um suporte de pó de carbono. Por uma reação eletroquímica, este catalisador decompõe o CO ₂ e moléculas de água e seletivamente remonta as moléculas quebradas em etanol sob um campo elétrico externo. A seletividade eletrocatalítica, ou "eficiência Faradaica, "do processo é superior a 90 por cento, muito maior do que qualquer outro processo relatado. O que é mais, o catalisador opera de forma estável em operação prolongada em baixa tensão.

p "Com esta pesquisa, descobrimos um novo mecanismo catalítico para converter dióxido de carbono e água em etanol, "disse Tao Xu, professor de físico-química e nanotecnologia da Northern Illinois University. "O mecanismo também deve fornecer uma base para o desenvolvimento de eletrocatalisadores altamente eficientes para a conversão de dióxido de carbono em uma vasta gama de produtos químicos de valor agregado."

p Porque CO ₂ é uma molécula estável, transformá-lo em uma molécula diferente normalmente consome muita energia e é caro. Contudo, de acordo com Liu, “Poderíamos acoplar o processo eletroquímico do CO ₂ - conversão em etanol usando nosso catalisador para a rede elétrica e tirar proveito da eletricidade de baixo custo disponível a partir de fontes renováveis, como solar e eólica, fora do horário de pico. "Como o processo funciona em baixa temperatura e pressão, pode começar e parar rapidamente em resposta ao fornecimento intermitente de eletricidade renovável.

p A pesquisa da equipe se beneficiou de duas instalações do DOE Office of Science User em Argonne - a Advanced Photon Source (APS) e o Center for Nanoscale Materials (CNM) - bem como o Laboratory Computing Resource Center (LCRC) da Argonne. "Graças ao alto fluxo de fótons dos feixes de raios-X no APS, capturamos as mudanças estruturais do catalisador durante a reação eletroquímica, '' disse Tao Li, um professor assistente no Departamento de Química e Bioquímica da Northern Illinois University e um cientista assistente na divisão de ciência de raios-X de Argonne. Esses dados, juntamente com microscopia eletrônica de alta resolução no CNM e modelagem computacional usando o LCRC, revelaram uma transformação reversível de cobre atomicamente disperso em aglomerados de três átomos de cobre cada na aplicação de uma baixa voltagem. O CO ₂ a catálise -para-etanol ocorre nesses minúsculos aglomerados de cobre. Essa descoberta está lançando luz sobre as maneiras de melhorar ainda mais o catalisador por meio de um projeto racional.

p "Preparamos vários novos catalisadores usando esta abordagem e descobrimos que todos eles são altamente eficientes na conversão de CO ₂ a outros hidrocarbonetos, "disse Liu." Pretendemos continuar esta pesquisa em colaboração com a indústria para fazer avançar esta tecnologia promissora. "