p Cobre - o material de centavos e chaleiras - também é um dos poucos metais que podem transformar o dióxido de carbono em combustíveis de hidrocarbonetos com relativamente pouca energia. Quando moldado em um eletrodo e estimulado com voltagem, cobre atua como um forte catalisador, desencadeando uma reação eletroquímica com dióxido de carbono que reduz o gás de efeito estufa a metano ou metanol. p Vários pesquisadores ao redor do mundo estudaram o potencial do cobre como um meio eficiente de reciclar as emissões de dióxido de carbono em usinas de energia:em vez de ser liberado na atmosfera, o dióxido de carbono seria circulado através de um catalisador de cobre e transformado em metano - que poderia, então, fornecer energia para o resto da usina. Esse sistema de autoenergização poderia reduzir enormemente as emissões de gases de efeito estufa de usinas movidas a carvão e a gás natural.

p Mas o cobre é temperamental:facilmente oxidado, como quando uma moeda velha fica verde. Como resultado, o metal é instável, que pode retardar significativamente sua reação com dióxido de carbono e produzir subprodutos indesejados, como monóxido de carbono e ácido fórmico.

p Agora, os pesquisadores do MIT chegaram a uma solução que pode reduzir ainda mais a energia necessária para que o cobre converta o dióxido de carbono, ao mesmo tempo que torna o metal muito mais estável. O grupo desenvolveu pequenas nanopartículas de cobre misturado com ouro, que é resistente à corrosão e oxidação. Os pesquisadores observaram que apenas um toque de ouro torna o cobre muito mais estável. Em experimentos, eles revestiram eletrodos com as nanopartículas híbridas e descobriram que muito menos energia era necessária para que essas nanopartículas projetadas reagissem com o dióxido de carbono, em comparação com nanopartículas de cobre puro.

p Um artigo detalhando os resultados aparecerá na revista Comunicações Químicas ; a pesquisa foi financiada pela National Science Foundation. A co-autora Kimberly Hamad-Schifferli, do MIT, diz que as descobertas apontam para um meio potencialmente eficiente em termos de energia de reduzir as emissões de dióxido de carbono das centrais elétricas.

p “Você normalmente tem que colocar muita energia para converter dióxido de carbono em algo útil, ”Diz Hamad-Schifferli, professor associado de engenharia mecânica e engenharia biológica. “Demonstramos que nanopartículas híbridas de cobre-ouro são muito mais estáveis, e tem o potencial de diminuir a energia necessária para a reação. ”

p Indo pequeno

p A equipe optou por projetar partículas em nanoescala para "obter mais retorno por seu investimento, ”Hamad-Schifferli diz:Quanto menores as partículas, quanto maior a área de superfície disponível para interação com as moléculas de dióxido de carbono. “Você poderia ter mais locais para o CO2 vir, se fixar e se transformar em outra coisa, ”Ela diz.

p Hamad-Schifferli trabalhou com Yang Shao-Horn, a Gail E. Kendall Professora Associada de Engenharia Mecânica no MIT, pós-doutorado Zichuan Xu e Erica Lai ’14. A equipe escolheu o ouro como um metal adequado para combinar com o cobre, principalmente por causa de suas propriedades conhecidas. (Os pesquisadores já combinaram ouro e cobre em escalas muito maiores, observando que a combinação impediu a oxidação do cobre.)

p Para fazer as nanopartículas, Hamad-Schifferli e seus colegas misturaram sais contendo ouro em uma solução de sais de cobre. Eles aqueceram a solução, criando nanopartículas que fundiram cobre com ouro. Xu então colocou as nanopartículas por meio de uma série de reações, transformando a solução em um pó que foi usado para revestir um pequeno eletrodo.

p Para testar a reatividade das nanopartículas, Xu colocou o eletrodo em um copo de solução e borbulhou dióxido de carbono nele. Ele aplicou uma pequena voltagem ao eletrodo, e mediu a corrente resultante na solução. A equipe concluiu que a corrente resultante indicaria a eficiência com que as nanopartículas reagiam com o gás:se as moléculas de CO2 reagissem com locais no eletrodo - e depois se liberassem para permitir que outras moléculas de CO2 reagissem com os mesmos locais - a corrente pareceria um certo potencial foi alcançado, indicando "turnover" regular. Se as moléculas monopolizaram locais no eletrodo, a reação desaceleraria, retardando o aparecimento da corrente no mesmo potencial.

p A equipe finalmente descobriu que o potencial aplicado para alcançar uma corrente constante era muito menor para nanopartículas híbridas de cobre e ouro do que para cobre e ouro puro - uma indicação de que a quantidade de energia necessária para executar a reação era muito menor do que a necessária ao usar nanopartículas feito de cobre puro.

p Daqui para frente, Hamad-Schifferli diz que espera examinar mais de perto a estrutura das nanopartículas de ouro-cobre para encontrar uma configuração ideal para a conversão de dióxido de carbono. Até aqui, a equipe demonstrou a eficácia das nanopartículas compostas por um terço de ouro e dois terços de cobre, bem como dois terços de ouro e um terço de cobre.

p Hamad-Schifferli reconhece que o revestimento de eletrodos em escala industrial parcialmente com ouro pode sair caro. Contudo, ela diz, a economia de energia e o potencial de reutilização de tais eletrodos podem equilibrar os custos iniciais.

p “É uma troca, ”Diz Hamad-Schifferli. “O ouro é obviamente mais caro do que o cobre. Mas se isso ajuda você a obter um produto que é mais atraente como o metano em vez de dióxido de carbono, e com um menor consumo de energia, então pode valer a pena. Se você pudesse reutilizá-lo continuamente, e a durabilidade é maior por causa do ouro, isso é uma marca na coluna mais. ” p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.