Pesquisa visa converter gases de efeito estufa em produtos valiosos com eletricidade
(A) Intensidade de pico SERS em função do potencial absoluto aplicado (|E-IRΩ |). A linha pontilhada marca o potencial de mudança na orientação das espécies de imidazólio sob N2 (preto) e CO2 (vermelho). Picos:1116 cm
−1
(pentágonos) para δ(C4 C5 −H); 1347 cm
−1
para υ(Im anel)+υ(CH2 (N)) (esferas); 1380 cm
−1
para υ(Im anel)+υ(CH2 (N))+υ(CH3 ) (triângulos). (B) Geometrias de energia mais baixas calculadas para [EMIM]
+
em −1,0 e −1,7 V em Cu (100) (vistas superior e lateral) indicando a preferência da orientação paralela em um potencial mais negativo. Código de cores do átomo:azul=N; ciano=C; branco=H. Crédito:Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/ange.202312163 Pesquisadores da Case Western Reserve University estão desenvolvendo maneiras de converter resíduos em combustíveis e outros produtos, usando processos energeticamente eficientes e alimentados por fontes renováveis.
Mais especificamente, estão perto de resolver o desafio de converter dióxido de carbono (CO2 ), um importante gás com efeito de estufa, em produtos químicos valiosos que utilizam eletricidade.
CO2 pode ser uma matéria-prima útil para a produção de produtos químicos e combustíveis. Mas o processo de criação da reação necessária não é fácil porque requer altas pressões, altas temperaturas e materiais especiais.
"Nossa sociedade moderna precisa urgentemente de tecnologias que possam capturar o CO2 a partir de resíduos - ou mesmo do ar - e convertê-los em produtos em condições benignas", disse Burcu Gurkan, professor de engenharia química na Case School of Engineering. "A conversão eletroquímica de dióxido de carbono é um problema não resolvido que tem mais de 150 anos."
Até agora, a pesquisa concentrou-se principalmente no desenvolvimento de materiais catalisadores e na compreensão do CO2 que consome muita energia. reação de conversão em eletrólitos à base de água. No entanto, os desafios permanecem porque os sistemas baseados em água têm capacidade limitada de CO2 . Além disso, o processo inclui reações colaterais indesejadas, como emissões de gás hidrogênio.
Mas num estudo publicado neste outono na revista europeia Angewandte Chemie , a equipe de pesquisa da Case Western Reserve demonstrou que os líquidos iônicos que desenvolveram capturam e convertem efetivamente CO2 em um processo eletroquímico.
Líquidos iônicos são sais que fundem abaixo de 100°C. Os que o grupo de Gurkan desenvolveu são líquidos à temperatura ambiente. Esses líquidos iônicos também são únicos por terem alta capacidade de CO2 capturar e manter a estabilidade eletroquímica. Como resultado, a equipe alcançou o processo eletroquímico desejado.
"Nossa abordagem se concentra em eletrólitos líquidos iônicos que podem alterar a termodinâmica e a distribuição do produto devido a efeitos cinéticos que podem ser ajustados ainda mais, graças à flexibilidade no design do líquido iônico", disse Gurkan.
O estudo, liderado por Oguz Kagan Coskun, aluno de doutorado do grupo de Gurkan, combinou técnicas espectroscópicas e eletroanalíticas para revelar os mecanismos fundamentais necessários para que os líquidos iônicos ativem o CO2 reação de redução na superfície do eletrodo de cobre.
O grupo relatou a necessidade de menos energia para conduzir a reação e observou que isso poderia levar à criação de uma variedade de produtos industrialmente relevantes – sem os produtos secundários indesejados encontrados no processo tradicional de eletrólise.
Além disso, o relatório explica aspectos cruciais que influenciam as propriedades do ambiente de reação para o uso eficaz de CO2 . Esta informação adicional contribui para uma compreensão mais profunda do ambiente de reação, especialmente no que diz respeito aos eletrólitos não convencionais.
A equipe planeja examinar mais detalhadamente as etapas de reação individuais para informar os projetos de eletrólitos subsequentes. O objetivo final:melhor controle dos produtos químicos da reação e avanço nas abordagens eletroquímicas para CO2 reciclando.
Mais informações: Oguz Kagan Coskun et al, Tailoring Electrochemical CO2 Reduction on Copper by Reactive Ionic Liquid and Native Hydrogen Bond Donors, Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/ange.202312163 Informações do diário: Angewandte Chemie
