Um passo em direção ao dióxido de carbono (CO₂ ) a neutralidade e a mitigação tanto do efeito estufa quanto da crise energética seria converter CO₂ em combustíveis à base de hidrocarbonetos como metano usando luz. Na revista Angewandte Chemie International Edition , uma equipe de pesquisa chinesa introduziu um fotocatalisador altamente eficaz baseado em átomos de ouro para tornar possível essa transformação.
A conversão fotocatalítica de CO₂ ocorre através de uma série de processos nos quais os elétrons são transferidos. Isso pode resultar em vários produtos, incluindo monóxido de carbono (CO), metanol (CH₃ OH), metano (CH₄ ), e outros hidrocarbonetos. Oito elétrons devem ser transferidos no caminho do CO₂ para CH₄ —mais do que para outros C₁ produtos. O metano é o produto final termodinamicamente favorável, mas a reação concorrente para formar CO requer apenas dois elétrons e é muito mais rápida, por isso é cineticamente favorecida. A metanização eficaz e seletiva é, portanto, particularmente desafiadora.

Uma equipe liderada por Hefeng Cheng (Universidade de Shandong, Jinan, China) e colegas de trabalho agora desenvolveu uma abordagem prática para converter CO₂ com eficiência para CH₄ usando energia solar. A chave para o seu sucesso é um novo catalisador com átomos de ouro únicos. Como os átomos de ouro se agregam em métodos preparativos convencionais, a equipe desenvolveu uma nova estratégia que usa uma troca complexa para produzir o catalisador.

Por causa de suas estruturas eletrônicas únicas, os catalisadores de átomo único se comportam de maneira diferente das nanopartículas metálicas convencionais. Além disso, quando fixados a um suporte adequado, quase todos os átomos individuais estão disponíveis como centros catalíticos ativos. Neste novo catalisador, átomos de ouro únicos são ancorados a uma nanocamada ultrafina de sulfeto de zinco-índio e são coordenados a apenas dois átomos de enxofre. Sob luz solar, o catalisador demonstrou ser muito ativo com um CH₄ seletividade de 77%.

Um fotossensibilizador (um complexo de rutênio) absorve a luz, fica excitado e aceita um elétron que é disponibilizado por um doador de elétrons (trietanolamina). Em seguida, passa o elétron para o catalisador. Os únicos átomos de ouro na superfície do suporte atuam como "bombas de elétrons". Eles capturam os elétrons de forma significativamente mais eficaz do que as nanopartículas de ouro e os transferem para CO₂ moléculas e intermediários.

Caracterização e cálculos detalhados revelam que o catalisador ativa o CO₂ moléculas em um grau muito maior do que as nanopartículas de ouro, adsorve mais fortemente os intermediários *CO excitados, reduz a barreira de energia para ligar íons de hidrogênio e estabiliza o *CH₃ intermediário. Isso permite CH₄ to be the favored product and minimizes the release of CO. + Explorar mais

Optical microscope strategy allows observers to check electrons moving inside gold