p Uma colaboração internacional de cientistas deu um passo significativo em direção à realização de uma tecnologia quase "verde" de carbono líquido zero que converterá eficientemente o dióxido de carbono, um grande gás de efeito estufa, e hidrogênio em etanol, que é útil como combustível e tem muitas outras aplicações químicas. O estudo relata um "roteiro" para navegar com sucesso nesta reação desafiadora e fornece uma imagem da sequência completa da reação usando modelagem teórica e caracterização experimental. p Liderado pelo Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA (DOE), o grupo determinou que trazendo césio, cobre, e o óxido de zinco juntos em uma configuração de contato próximo catalisa uma via de reação que transforma o dióxido de carbono (CO ₂ ) em etanol (C2H6O). Eles também descobriram por que essa interface de três partes é bem-sucedida. O estudo, que é descrito em um artigo na edição online de 23 de julho do Jornal da American Chemical Society e é destaque na capa da publicação, conduzirá pesquisas adicionais sobre como desenvolver um catalisador industrial prático para a conversão seletiva de CO ₂ em etanol. Tais processos levarão a tecnologias que são capazes de reciclar CO ₂ emitido pela combustão e convertê-lo em produtos químicos ou combustíveis utilizáveis.

p Nenhum dos três componentes examinados no estudo é capaz de catalisar individualmente o CO ₂ - conversão para etanol, nem podem eles em pares. Mas quando o trio é reunido em uma determinada configuração, a região onde se encontram abre uma nova rota para a formação da ligação carbono-carbono que faz a conversão do CO ₂ ao etanol possível. A chave para isso é a interação bem sintonizada entre o césio, cobre, e locais de óxido de zinco.

p "Tem havido muito trabalho sobre a conversão de dióxido de carbono em metanol, no entanto, o etanol tem muitas vantagens sobre o metanol. Como combustível, o etanol é mais seguro e potente. Mas sua síntese é muito desafiadora devido à complexidade da reação e à dificuldade de controlar a formação da ligação C-C, "disse o pesquisador correspondente do estudo, O químico de Brookhaven, Ping Liu. "Agora sabemos que tipo de configuração é necessária para fazer a transformação, e os papéis que cada componente desempenha durante a reação. É um grande avanço ".

p A interface é formada pelo depósito de pequenas quantidades de cobre e césio em uma superfície de óxido de zinco. Para estudar as regiões onde os três materiais se encontram, o grupo voltou-se para uma técnica de raios-X chamada espectroscopia de fotoemissão de raios-X, que mostrou uma provável mudança no mecanismo de reação para CO ₂ hidrogenação quando o césio foi adicionado. Mais detalhes foram revelados usando duas abordagens teóricas amplamente utilizadas:cálculos de "teoria funcional da densidade", um método de modelagem computacional para investigar as estruturas de materiais, e "simulação cinética de Monte Carlo, "simulação de computador para simular a cinética da reação. Para este trabalho, o grupo utilizou os recursos de computação do Centro de Nanomateriais Funcionais de Brookhaven e do Centro de Computação Científica de Pesquisa Energética Nacional do Lawrence Berkeley National Laboratory, ambos DOE Office of Science User Facilities.

p Uma das coisas que aprenderam com a modelagem é que o césio é um componente vital do sistema ativo. Sem a sua presença, o etanol não pode ser feito. Além disso, uma boa coordenação com óxido de cobre e zinco também é importante. Mas há muito mais para aprender.

p “Há muitos desafios a serem superados antes de chegar a um processo industrial que pode transformar o dióxido de carbono em etanol utilizável, "disse o químico de Brookhaven José Rodriguez, quem participou da obra. "Por exemplo, precisa haver uma forma clara de melhorar a seletividade para a produção de etanol. Uma questão chave é entender a ligação entre a natureza do catalisador e o mecanismo de reação; este estudo está na linha de frente desse esforço. Queremos uma compreensão fundamental do processo. "

p Outro objetivo desta área de pesquisa é encontrar um catalisador ideal para CO ₂ conversão para álcoois "superiores", que têm dois ou mais átomos de carbono (o etanol tem dois) e são, Portanto, mais útil e desejável para aplicações industriais e produção de bens de consumo. O catalisador estudado neste trabalho é vantajoso porque catalisadores à base de óxido de cobre e zinco já são amplamente utilizados na indústria química e utilizados em processos catalíticos como a síntese de metanol a partir de CO ₂ .

p Os pesquisadores planejaram estudos de acompanhamento na Fonte de Luz Síncrotron Nacional II de Brookhaven, também um DOE Office of Science User Facility, que oferece um conjunto único de ferramentas e técnicas para a caracterização de catalisadores em condições de trabalho. Lá, eles irão investigar mais detalhadamente o sistema Cu-Cs-ZnO e os catalisadores com uma composição diferente.