Os químicos da UNSW projetaram um novo "vice" molecular, incluindo o raro metal ósmio, que pode se ligar ao metano por horas - fornecendo evidências cruciais para uma etapa intermediária que informará novos catalisadores para armazenar, transportar ou transformar o gás em metanol e ajudar para evitar o desperdício do gás em todo o mundo.
Este novo complexo "ósmio-metano" pode se ligar ao metano - mais conhecido como gás natural - por horas, muito mais do que o padrão atual de microssegundos, permitindo que sua análise crie novos catalisadores potenciais para transformar o metano.

"Descobrimos que o metano, que geralmente é inerte, irá interagir com uma espécie centrada em ósmio-metal para formar um complexo de ósmio-metano relativamente estável. Nosso complexo tem uma meia-vida efetiva de cerca de 13 horas", diz James Watson, líder autor publicando em Nature Chemistry . "Isso significa que leva 13 horas para metade do complexo se decompor.

"Esta estabilidade, em conjunto com a vida útil relativamente longa deste complexo, permite uma análise aprofundada da estrutura, formação e reatividade desta classe de complexos [ósmio] e ajuda a informar o projeto de catalisadores que têm o potencial de transformar metano em compostos mais sinteticamente úteis."

A técnica analítica a que o Sr. Watson se refere é a espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN). A amostra, para ser analisada adequadamente, deve existir por mais de alguns minutos – algo que não era viável com os complexos metal-metano anteriores formados a partir de metano molecular (que existia apenas por microssegundos). O complexo de ósmio-metano produz uma meia-vida de 13 horas muito mais estável e outras vantagens.

"[Neste] complexo, o metano está posicionado perfeitamente - próximo ao centro de ósmio metálico do catalisador - o que nos permite realizar transformações químicas no metano", diz Watson.

O objetivo da espectroscopia de RMN é definir o complexo metal-metano para que possam ser desenvolvidos catalisadores para transformar o metano em metanol ou outros produtos.

O metano (gás natural) é uma molécula potente tanto como fonte de combustível quanto como gás de efeito estufa, mas grandes volumes dele são queimados em todo o mundo não para aquecer casas ou cozinhar alimentos, mas, em vez disso, são expelidos como resíduos.

"O metano é um subproduto indesejado da produção de petróleo e geralmente, por razões econômicas, é queimado em um processo conhecido como 'queima'", diz o coautor Professor Associado Graham Ball. "A quantidade de gás queimado dessa forma é aproximadamente equivalente à demanda de gás natural da América Central e do Sul, levando a 265 milhões de toneladas de CO₂ emissões em 2020."

Esse desperdício ocorre porque o processo de conversão de metano (gás) em um combustível prático no local – como metanol (um líquido) – tem sido, historicamente, economicamente inviável. Nós simplesmente não conseguimos convertê-lo.

"Uma forma de converter metano em combustíveis líquidos é através do uso de catalisadores que contêm elementos de metais de transição", explica A/Prof. Bola.

"Não apenas [os combustíveis líquidos] são muito mais convenientes e muito mais seguros do que armazenar gases, mas também têm um custo de energia muito menor.

"Os combustíveis líquidos são mais fáceis de transportar e seriam facilmente integrados à nossa infraestrutura de combustível existente - a gasolina E10 já tem 10% de etanol. Se houvesse métodos eficientes e comercialmente viáveis ​​para converter metano em metanol, por exemplo, isso também forneceria um incentivo para reter metano para conversão e evitar queimá-lo sem propósito, reduzindo o uso geral de combustível fóssil e emissões prejudiciais”.

Traduzir metano para um estado mais compatível e prático do que "gás" oferece mais benefícios.

“Talvez o uso mais pertinente do metano como matéria-prima seja seu sequestro da atmosfera, o que poderia conter os danos duradouros que estão sendo causados ​​ao meio ambiente e ajudar a limitar o aquecimento global a 1,5°C”, diz James Watson.

Encontrando ósmio

Dada a principal candidatura do ósmio para aglutinar o metano – por que demorou tanto para encontrá-lo? E como a equipe identificou isso?

"Antes de sintetizarmos qualquer molécula, usamos métodos computacionais para prever quais moléculas conteriam tanto um metal reativo quanto um 'local vago', um local que se ligaria mais fortemente ao metano", diz A/Prof. Ball.

"É por isso que acabamos usando um metal bastante esotérico, ósmio neste caso, com outros grupos de átomos ao seu redor, pois a modelagem previa que deveria ligar bem o metano... o que acontece.

"O local vago é gerado por luz UV incidindo sobre uma solução de um composto precursor de metal de transição que é dissolvido em um solvente de hidrofluorcarbono cuidadosamente selecionado, o que ocorre na presença de metano adicionado. A escolha do solvente é crucial, pois solventes laboratoriais comuns todos liga-se preferencialmente ao metano, mas o hidrofluorcarbono não.

Portanto, é a combinação do ósmio e do solvente (a eficácia do solvente foi previamente identificada pelo Dr. Camile Holt) que é a chave aqui.

"[Embora] seja improvável que esse complexo exato [ósmio-metano] seja explorado em benefício do meio ambiente, se pudéssemos refinar ainda mais o complexo para que ele continuasse a se ligar preferencialmente ao metano em temperaturas superiores a -90°C então poderemos realizar mais manipulações no metano ligado e, finalmente, converter o metano em produtos de valor agregado", diz o Sr. Watson.

Segundo os pesquisadores, esse complexo ósmio-metano representa um passo importante na conversão do metano em outros compostos.

"Esperamos que nossa descoberta informe o projeto de catalisadores mais eficientes de próxima geração que possam ser comercialmente viáveis", diz A/Prof. Bola. + Explorar mais

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