Um catalisador para converter dióxido de carbono, principal causa do aquecimento global, em etileno usando vitamina C
CO2 estratégia de captura e estruturas de superfície de CuNWs aumentados por AA. um Esquema de CO2 aprimorado Conversão -para-*CO e dimerização *CO em cAA-CuNW para C2 de alta taxa H4 Produção. b Redox de AA e DHA para CO2 capturar. c Ilustração esquemática da modificação de superfície de CuNWs com GQD, AA e AA nanoconfinado em GQDs. Um ionômero é revestido na superfície externa dos CuNWs durante a fabricação do GDE. Imagens TEM (superior) e HR-TEM (inferior) de (d, e ) p-CuNW, (f, g ) G-CuNW, (h, eu ) AA-CuNW e (j, k ) caA-CuNW. Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44586-0 Uma equipe de pesquisa conjunta desenvolveu um novo catalisador eletroquímico que promove a conversão de dióxido de carbono (CO
2 ) em etileno (C
2 H
4 ).
Através de esforços conjuntos liderados pelos Professores Dae-hyun Nam e Youn-gu Lee do Departamento de Ciência e Engenharia Energética da DGIST e pelo Professor Seo-in Back do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade Sogang, a equipa de investigação desenvolveu uma tecnologia aumentar substancialmente a produção de etileno incorporando vitamina C num catalisador de redução de dióxido de carbono de um sistema heterogêneo.
Isto se baseia na observação de que a presença de dióxido de carbono no ar impacta os níveis de vitamina C nas frutas.
A redução eletroquímica do dióxido de carbono está ganhando reconhecimento como uma tecnologia fundamental para a “energia ecologicamente correta”. Este processo visa diminuir a concentração de dióxido de carbono na atmosfera e ao mesmo tempo gerar fontes mais limpas de energia futura. No entanto, os catalisadores eletroquímicos existentes enfrentam desafios para alcançar um desempenho catalítico consistente sob condições de alta densidade de corrente.
Esta limitação dificulta a formação do produto intermediário essencial, o monóxido de carbono, que desempenha um papel crítico na conversão do etileno. Em vez disso, estes catalisadores tendem a induzir a reacção para a geração de hidrogénio em vez da reacção de redução do dióxido de carbono.
Portanto, para a redução contínua do dióxido de carbono, é significativo alcançar a formação estável do produto intermediário de monóxido de carbono em alta densidade de corrente através de um catalisador eletroquímico e promover a dimerização onde dois produtos intermediários de monóxido de carbono são combinados.
Assim, a equipa de investigação liderada pelo Professor Nam da DGIST desenvolveu um método para integrar a reação de oxidação-redução da vitamina C na redução eletroquímica do dióxido de carbono com base no fenómeno onde o teor de vitamina C nas frutas diminui num ambiente com elevada concentração de dióxido de carbono.
A equipe de pesquisa sintetizou vitamina C com pontos quânticos de grafeno e fabricou um "nanofio de cobre que aumenta a vitamina C" combinando o material sintetizado com cobre. Esta abordagem ajudou a estabilizar a vitamina C através dos efeitos de nano-confinamento dos pontos quânticos de grafeno e permitiu a reversibilidade da redução da oxidação.
Além disso, a reação de oxidação-redução da vitamina C forneceu consistentemente elétrons e prótons ao dióxido de carbono, promovendo o processo de dimerização e criando o produto intermediário monóxido de carbono. Consequentemente, o catalisador recentemente desenvolvido exibiu um aumento de 2,9 vezes na produção de etileno em comparação com os catalisadores convencionais de nanofios de cobre.
Além disso, a equipe de pesquisa identificou que a vitamina C confinada no grafeno otimiza a integração do produto intermediário monóxido de carbono e do catalisador de cobre por meio de análise espectroscópica Raman em tempo real e simulação computacional. A equipe de pesquisa também identificou o princípio de funcionamento do catalisador, verificando se elétrons e prótons podem ser entregues, o que facilita a reação de redução do dióxido de carbono com base em uma forte ligação de hidrogênio.
O Professor Nam da DGIST afirmou:"Esta investigação criou um catalisador electroquímico capaz de produzir etileno em grande escala através da redução do dióxido de carbono e revelou um novo mecanismo de reacção. Espera-se que esta tecnologia desempenhe um papel fundamental no alcance da neutralidade de carbono, transformando o dióxido de carbono —um dos principais contribuintes para o aquecimento global—num composto de alto valor."
O trabalho está publicado na revista Nature Communications .
