Nas condições certas, nanopartículas de prata, representado pelas grandes esferas laranja, pode absorver a luz visível. Portadores de carga produzidos por excitação de luz são transferidos para CO2 e água, permitindo a conversão em hidrocarbonetos e outras moléculas de multicarbono. No gráfico, átomos de carbono são pretos, os átomos de oxigênio são vermelhos e os átomos de hidrogênio são brancos. Crédito:D. Devasia / Jain Lab / Universidade de Illinois Urbana-Champaign
Os pesquisadores relatam que pequenas quantidades de moléculas úteis, como os hidrocarbonetos, são produzidas quando o dióxido de carbono e a água reagem na presença de luz e um catalisador de nanopartículas de prata. Seu estudo de validação - possibilitado pelo uso de uma técnica analítica de alta resolução - poderia abrir caminho para o CO 2 - tecnologias de redução que permitem a produção em escala industrial de combustíveis renováveis à base de carbono.
O estudo, liderado pelo professor de química Prashant Jain da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, sondas a atividade química na superfície dos catalisadores de nanopartículas de prata sob luz visível e usa isótopos de carbono para rastrear a origem e a produção dessas reações químicas anteriormente não detectadas. Os resultados são publicados na revista Nature Communications.
Conversão de CO impulsionada pela luz solar 2 e água em compostos de multicarbono com alta densidade energética é uma tecnologia viável para geração de energia renovável e fabricação de produtos químicos. Por causa disso, pesquisadores estão em busca de catalisadores sintéticos que facilitem o CO em grande escala 2 redução em moléculas de multicarbono, os relatórios do estudo.
"As reações químicas catalíticas de nível industrial são geralmente testadas e otimizadas com base no perfil de massa dos produtos finais, "Disse Jain." Mas existem espécies químicas formadas nos estágios intermediários de tais reações, na superfície dos catalisadores, que podem ser muito escassos para detectar e medir usando métodos convencionais, mas são significantes fundamentais de como um catalisador funciona. "
No laboratório, A equipe de Jain usou um espectroscópio Raman especialmente equipado para detectar e identificar moléculas únicas formadas na superfície de nanopartículas de prata individuais. Ao isolar uma única nanopartícula na qual as reações químicas progridem, os pesquisadores podem usar um laser altamente focado para excitar moléculas que se formam na superfície do catalisador para criar um sinal espectral que identifica as moléculas formadas de forma discreta, etapas elementares do processo químico geral.
"Gosto de pensar neste trabalho em termos de uma história, "Jain disse." Há um tema geral para uma história, que é a redução de CO 2 . Os personagens principais são CO 2 , H 2 O, nanopartículas de prata, monóxido de carbono e íons de hidrogênio, por exemplo. Mas também existem alguns personagens menores, mas muito interessantes, como butanol, acetato e ácido oxálico que ajudam a contar a história dos personagens principais. E às vezes, os personagens secundários são muito mais interessantes do que os principais. "
Às vezes, personagens menores podem vir com alguns jogadores indesejados, Jain disse. Para garantir que as moléculas intermediárias à base de carbono que os pesquisadores detectaram sejam um resultado do CO 2 processo de redução e não contaminação, eles usaram CO 2 contendo apenas o isótopo carbono-13, que representa apenas 1,1% do carbono da Terra.
"Usar o carbono-13 para rastrear as vias de reação nos permitiu confirmar que quaisquer hidrocarbonetos medidos estavam lá como resultado do CO 2 nós adicionamos intencionalmente no vaso de reação, e não acidentalmente introduzida por meio da contaminação das nanopartículas de prata ou posteriormente durante o processo de análise, "Jain disse." Carbono-13 é raro, então, se formos detectá-lo em nossos produtos de reação, saberíamos que foi o resultado da conversão de CO conduzida pela luz 2 e formação da ligação C-C. "
A escala de formação de moléculas de multicarbono usando catalisadores de nanopartículas de prata permanece muito pequena nesta fase da pesquisa, Jain disse. Contudo, os pesquisadores podem se concentrar no desenvolvimento de catalisadores sintéticos aprimorados e ampliá-los para a produção industrial, agora que a promessa de nanopartículas de coleta de luz foi revelada.
