À medida que a necessidade de mitigar as mudanças climáticas se acelera, os cientistas estão tentando encontrar novas maneiras de reduzir as emissões de dióxido de carbono. Um processo, chamado de redução eletroquímica ou eletrólise, usa eletricidade e um catalisador para converter dióxido de carbono em produtos orgânicos que podem ser usados ​​de outras maneiras. Ao contrário da conversão entre água e hidrogênio, a reciclagem química do dióxido de carbono pode produzir vários produtos utilizáveis ​​porque o carbono pode desenvolver grandes variedades de estruturas orgânicas.
Uma maneira de obter a redução eletroquímica do dióxido de carbono usa pedaços muito pequenos de cobre. Embora o cobre metálico a granel seja conhecido por converter dióxido de carbono em várias moléculas orgânicas, esses pequenos pedaços de cobre podem melhorar ainda mais a atividade catalítica não apenas pelo aumento de sua área de superfície, mas também pela estrutura eletrônica única do cobre emergida do nanosizing.

Em um artigo publicado em Comunicações Químicas em 23 de junho, pesquisadores explicam um processo para melhorar a forma como os nanocubos de cobre convertem o dióxido de carbono, melhorando sua seletividade. A seletividade refere-se à capacidade de um catalisador de produzir um produto desejado sobre subprodutos indesejados.

“Desenvolvimentos recentes na redução de dióxido de carbono usando eletrocatalisadores de cobre podem converter o gás em hidrocarbonetos e álcool, mas a seletividade de vários eletrocatalisadores relacionados ao cobre desenvolvidos até agora ainda é elusiva, porque eles tendem a perder atividade através da reorganização estrutural durante a catálise”, disse Shoko Kume, professor associado da Escola de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia Avançada da Universidade de Hiroshima, no Japão.

Os pesquisadores descobriram que esse problema pode ser resolvido cultivando uma camada orgânica em cima dos nanocubos. Primeiro, um par de monômeros foi adicionado ao nanocubo de óxido de cobre. Esses monômeros foram amarrados pela química do óxido de cobre e uma camada orgânica uniforme cresceu na superfície dos cubos.

Essa nova camada orgânica ajuda a melhorar a seletividade de redução de dióxido de carbono, em parte porque o dióxido de carbono tem baixa solubilidade e a camada orgânica que os pesquisadores produziram tem propriedades hidrofóbicas, o que significa que repele o excesso de água, da qual o hidrogênio indesejado é produzido. "O envoltório melhorou a redução de dióxido de carbono do cobre abaixo dessa camada orgânica, suprimindo a evolução de hidrogênio e também manteve a estrutura cúbica durante toda a operação do catalisador", disse Kume.

Outro fator importante para melhorar a qualidade da camada orgânica foi a temperatura no momento do crescimento, com os melhores resultados encontrados em temperatura ambiente. Nas melhores condições, a camada é plana com espessura de várias moléculas. Mesmo a fina camada permeia prontamente o dióxido de carbono e permite que o cobre envolvido sofra eletrorredução, protegendo os metais e ajudando os cubos a manterem sua forma.

Atualmente, os nanocubos de cobre não são amplamente adotados como método de redução de dióxido de carbono porque são instáveis ​​e não possuem o nível de seletividade necessário para reciclar efetivamente o dióxido de carbono em outros produtos químicos. As descobertas deste artigo destacam um novo método de criação de um eletrocatalisador usando nanocubos de cobre que pode resolver alguns desses problemas. Os pesquisadores também apontam que o método pode ser modificado para controlar tanto a seletividade quanto melhorar o funcionamento dos catalisadores.

"Nosso método atual pode introduzir uma grande variedade de estruturas orgânicas dentro da camada, que podem estar envolvidas no processo de redução de dióxido de carbono para controlar sua seletividade e eficiência", disse Kume. "Também pode ser usado para controlar o comportamento dinâmico de espécies metálicas durante a catálise, que podem desenvolver catalisadores com vida longa e tolerância a impurezas." + Explorar mais

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