Fotorredução de CO₂ em combustível transportável como ácido fórmico (HCOOH) é uma ótima maneira de lidar com CO₂ 's níveis crescentes na atmosfera. Para ajudar nessa missão, uma equipe de pesquisa da Tokyo Tech escolheu um mineral à base de ferro facilmente disponível e o carregou em um suporte de alumina para desenvolver um catalisador que possa converter CO₂ com eficiência em HCOOH com ~90% de seletividade.
O aumento de CO₂ níveis em nossa atmosfera e sua contribuição para o aquecimento global é agora uma notícia comum. À medida que os pesquisadores experimentam diferentes maneiras de combater esse problema, surgiu uma solução eficiente:converter o excesso de CO atmosférico₂ em produtos químicos ricos em energia.

Produção de combustíveis como ácido fórmico (HCOOH) por fotorredução de CO₂ sob a luz do sol atraiu muita atenção recentemente devido ao duplo benefício que pode ser obtido com esse processo:ele pode reduzir o excesso de CO₂ emissões, e também ajudar a minimizar a escassez de energia que estamos enfrentando atualmente. Sendo um excelente transportador de hidrogênio com alta densidade de energia, o HCOOH pode fornecer energia via combustão enquanto libera apenas água como subproduto.

Para transformar essa lucrativa solução em realidade, os cientistas desenvolveram sistemas fotocatalíticos que podem reduzir o CO₂ com o auxílio da luz solar. Tal sistema consiste em um substrato de absorção de luz (ou seja, um fotossensibilizador) e um catalisador que pode permitir as transferências multieletrônicas necessárias para reduzir o CO₂ em HCOOH. E assim começou a busca por um catalisador adequado e eficiente.

Catalisadores sólidos foram considerados os melhores candidatos para esta tarefa, devido à sua eficiência e potencial reciclabilidade, e ao longo dos anos, as habilidades catalíticas de muitas estruturas metal-orgânicas (MOFs) à base de cobalto, manganês, níquel e ferro foram exploradas, com tendo este último algumas vantagens sobre outros metais. No entanto, a maioria dos catalisadores à base de ferro relatados até agora apenas produz monóxido de carbono como produto principal, em vez de HCOOH.

Este problema, no entanto, logo foi resolvido por uma equipe de pesquisadores do Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) liderados pelo Prof. Kazuhiko Maeda. Em um estudo recente publicado em Angewandte Chemie , a equipe apresentou uma alumina (Al₂ O₃ catalisador à base de ferro suportado em ) que usa oxihidróxido de alfa-ferro(III) (α-FeOOH; geotita). O novo α-FeOOH/Al₂ O₃ catalisador mostrou CO₂ superior às propriedades de conversão de HCOOH juntamente com excelente reciclabilidade. Quando perguntado sobre sua escolha de catalisador, o Prof. Maeda diz:"Queríamos explorar elementos mais abundantes como catalisadores em um CO₂ sistema de fotorredução. Precisamos de um catalisador sólido que seja ativo, reciclável, não tóxico e barato, e é por isso que escolhemos um mineral de solo difundido como a goethita para nossos experimentos."

A equipe adotou um método de impregnação simples para sintetizar seu catalisador. Eles então usaram o Al₂ carregado de ferro O₃ material para redução fotocatalítica de CO₂ à temperatura ambiente na presença de um fotossensibilizador à base de rutênio (Ru), um doador de elétrons e luz visível de comprimento de onda superior a 400 nanômetros.

Os resultados foram bastante animadores; seu sistema mostrou 80-90% de seletividade em relação ao produto principal, HCOOH, e um rendimento quântico de 4,3% (o que indica a eficiência do sistema).

Este estudo apresenta um primeiro catalisador sólido à base de ferro que pode gerar HCOOH quando acompanhado por um fotossensibilizador eficaz. Também explora a importância de um material de apoio adequado (Al₂ O₃ ) e seu efeito na reação de redução fotoquímica.

Os insights desta pesquisa podem ajudar no desenvolvimento de novos catalisadores - livres de metais preciosos - para a fotorredução de CO₂ em outros produtos químicos úteis. "Nosso estudo mostra que o caminho para uma economia de energia mais verde não precisa ser complicado. Grandes resultados podem ser alcançados mesmo adotando métodos simples de preparação de catalisadores e compostos bem conhecidos e abundantes em terra podem ser usados ​​como catalisadores seletivos para CO₂ redução, se forem suportados por compostos como alumina", conclui o Prof. Maeda. + Explore mais

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