Grupos de pesquisa em todo o mundo estão desenvolvendo tecnologias para converter dióxido de carbono (CO₂ ) em matérias-primas para aplicações industriais. A maioria dos experimentos sob condições industrialmente relevantes foram realizados com eletrocatalisadores heterogêneos, isto é, catalisadores que estão em uma fase química diferente das substâncias reagentes. Contudo, catalisadores homogêneos, que estão na mesma fase que os reagentes, são geralmente considerados mais eficientes e seletivos. Até o momento, não houve nenhuma configuração onde catalisadores homogêneos pudessem ser testados em condições industriais.



Uma equipe liderada por Kevinjeorjios Pellumbi e pelo professor Ulf-Peter Apfel da Ruhr University Bochum e do Instituto Fraunhofer de Tecnologia Ambiental, Segurança e Energia UMSICHT em Oberhausen fechou agora essa lacuna. Os pesquisadores descreveram suas descobertas na revista Cell Reports Physical Science. . O artigo foi publicado em 13 de dezembro de 2023.

"Nosso trabalho visa ampliar os limites da tecnologia para estabelecer uma solução eficiente para CO₂ conversão que transformará o gás prejudicial ao clima em um recurso útil", diz Ulf-Peter Apfel. Seu grupo colaborou com a equipe liderada pelo professor Wolfgang Schöfberger da Universidade Johannes Kepler Linz e pesquisadores do Instituto Fritz Haber em Berlim.

Eficiência e estabilidade duradoura

A equipe explorou a conversão de CO₂ usando eletrocatálise. No processo, uma fonte de tensão fornece energia elétrica, que é alimentada ao sistema de reação por meio de eletrodos e aciona as conversões químicas nos eletrodos. Um catalisador facilita a reação; na eletrocatálise homogênea, o catalisador é geralmente um complexo metálico dissolvido. Em um chamado eletrodo de difusão de gás, o material de partida CO₂ passa pelo eletrodo, onde os catalisadores o convertem em monóxido de carbono. Este último, por sua vez, é um material de partida comum na indústria química.

Os pesquisadores integraram os catalisadores complexos metálicos na superfície do eletrodo sem ligá-los quimicamente. Eles mostraram que seu sistema poderia converter eficientemente CO₂ :Gerou densidades de corrente de mais de 300 miliamperes por centímetro quadrado. Além disso, o sistema permaneceu estável por mais de 100 horas sem apresentar quaisquer sinais de deterioração.

Não há necessidade de ancorar o catalisador

Tudo isto significa que catalisadores homogêneos podem geralmente ser usados ​​para células de eletrólise. “No entanto, eles exigem uma composição específica de eletrodo”, diz Ulf-Peter Apfel. Mais especificamente, os eletrodos devem permitir a conversão direta de gás sem solventes, de modo que o catalisador não seja lixiviado da superfície do eletrodo. Ao contrário do que é frequentemente descrito na literatura especializada, não há necessidade de um material transportador que acople quimicamente o catalisador à superfície do eletrodo.

“Nossas descobertas abrem a possibilidade de testar e integrar eletrocatalisadores homogêneos de alto desempenho e facilmente variáveis ​​em cenários de aplicação para processos eletroquímicos”, conclui Apfel.

Mais informações: Kevinjeorjios Pellumbi et al, Empurrando o carregamento de Ag de eletrolisadores de CO2 ao mínimo por meio de ambientes sintonizados molecularmente, Cell Reports Physical Science (2023). DOI:10.1016/j.xcrp.2023.101746
Informações do diário: Células relatam ciência física

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