A síntese de produtos químicos à base de carbono através da redução eletroquímica do dióxido de carbono (CO₂ ) tornou-se o objetivo principal de numerosos esforços recentes de investigação energética. Embora estes estudos tenham produzido resultados promissores, permitindo a produção de vários produtos químicos amplamente utilizados, a maioria das abordagens propostas apresentam fraca eficiência energética e seletividade.



Métodos propostos para a redução eletroquímica de CO₂ no hidrocarboneto etileno, por exemplo, até agora não alcançaram a eficiência e estabilidade energética desejáveis. Isto impediu a sua utilização generalizada como alternativa às abordagens petroquímicas convencionais para a produção de etileno, que têm efeitos adversos no ambiente.

Pesquisadores da Université Montpellier e de outros institutos decidiram recentemente facilitar a síntese seletiva e energeticamente eficiente de etileno através da redução de CO₂ funcionalizando catalisadores que provocam reações de redução. O artigo deles, publicado na Nature Energy , apresenta uma estratégia para funcionalizar catalisadores de cobre (Cu) para CO₂ redução utilizando sais de aril diazônio, substâncias incolores atualmente empregadas para sintetizar diversos compostos orgânicos.

"Embora tenha havido progresso na produção de produtos multicarbonados a partir da redução eletroquímica de CO₂ , a modesta seletividade para etileno (C₂ H₄ ) leva a baixa eficiência energética e altos custos de separação a jusante", escreveram Huali Wu, Lingqi Huang e seus colegas em seu artigo. "Funcionalizamos catalisadores de Cu com uma variedade de sais de aril diazônio substituídos para melhorar a seletividade em relação a produtos multi-carbono."

Em seus cálculos e experimentos, Wu, Huang e seus colaboradores descobriram que diferentes sais de aril diazônio poderiam ajudar a adaptar o estado de oxidação do Cu. Usando esses sais, eles foram capazes de funcionalizar catalisadores em uma célula de montagem de eletrodo de membrana (MEA), o principal componente das células a combustível que facilita as reações eletroquímicas desejadas, incluindo as reações que sustentam a redução de CO₂ .

Os pesquisadores testaram o desempenho desta célula de fluxo MEA com locais de Cu personalizados em uma série de experimentos. Eles descobriram que sua estratégia de funcionalização melhorou a eficiência energética e a estabilidade do CO₂ redução para produzir etileno.

"Usando computação e espectroscopia operando, descobrimos que o estado de oxidação da superfície do Cu (δ ⁺ onde 0 <� δ <� 1) pode ser ajustado por funcionalização e que influencia a seletividade para C₂ H₄ ", escreveram os pesquisadores.

"Relatamos uma eficiência Faradaica e uma densidade de corrente específica para C₂ H₄ tão grande quanto 83 ± 2% e 212 mA cm ⁻² , respectivamente, em Cu parcialmente oxidado ^0,26+ . Usando uma alimentação de gás CO, demonstramos uma eficiência energética de aproximadamente 40% com um C₂ H₄ Eficiência faradaica de 86 ± 2%, correspondendo a um baixo consumo de energia elétrica de 25,6 kWh Nm ⁻³ para o CO para C₂ H₄ reação de conversão."

O recente estudo desta equipe de pesquisadores apresenta uma nova estratégia promissora para permitir a eletrossíntese estável e eficiente em termos de energia de etileno a partir de CO₂ , aproveitando a engenharia de valência do cobre. Esta estratégia poderá em breve ser aperfeiçoada e validada, contribuindo potencialmente para a futura mudança para métodos mais sustentáveis ​​de produção de etileno em grande escala.

Mais informações: Huali Wu et al, Eletrossíntese seletiva e energeticamente eficiente de etileno a partir de CO2 ajustando a valência de catalisadores de Cu por meio da funcionalização de aril diazônio, Nature Energy (2024). DOI:10.1038/s41560-024-01461-6.
Informações do diário: Energia da Natureza

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