O Catalisador de três partes ajuda a transformar o Excesso de CO2 em Etanol Utilizável
Uma colaboração internacional de pesquisadores deu um passo considerável em direção à descoberta de uma tecnologia quase “verde” de carbono líquido zero que transformará efetivamente o dióxido de carbono, um gás de efeito estufa significativo, com o hidrogénio em etanol, útil como combustível e também tem muitas outras aplicações químicas. O estudo de pesquisa relata um “roteiro” para navegar com sucesso nesta reação complexa e oferece uma imagem da sequência completa da reação usando modelagem teórica e caracterização experimental.
A equipa, liderada pelo Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), descobriu que juntar césio, cobre e óxido de zinco numa configuração de contacto próximo catalisa uma via de reação que converte CO2 em etanol (C2H6O). Além disso, eles descobriram porque essa interface de três partes obtém sucesso. A pesquisa, descrita em artigo em 23 de julho de 2021, na versão online do Journal of the American Chemical Culture e também está incluída na capa da publicação, certamente levará mais pesquisas sobre como estabelecer um catalisador industrial funcional para converter precisamente o dióxido de carbono em etanol. Esses procedimentos resultarão em tecnologias que podem reciclar o dióxido de carbono emitido pela combustão e transformá-lo em produtos químicos ou combustíveis utilizáveis.
Nenhum dos três componentes examinados no estudo pode catalisar a conversão de dióxido de carbono em etanol separadamente, nem em conjuntos. Porém, quando o trio se agrega num arranjo específico, a região onde se reúnem abre um novo rumo para a formação da ligação carbono-carbono que viabiliza a conversão do CO2 em etanol. O truque para isso é a interação bem ajustada entre os locais de óxido de césio, cobre e zinco.
“Muito trabalho foi feito na conversão do dióxido de carbono em metanol, mas o etanol tem muitos benefícios em relação ao metanol. Como combustível, o etanol é mais seguro e muito mais potente. No entanto, sua síntese é extremamente difícil como resultado da complexidade da reação e do problema de regular a formação da ligação CC”, disse o cientista correspondente da pesquisa, o químico de Brookhaven Sound Liu. “Atualmente entendemos que tipo de configuração é necessária para fazer a melhoria e as partes que cada componente desempenha durante a reação. É um grande desenvolvimento. ”
A ‘interface’ é desenvolvida a depositar pequenas quantidades de cobre e césio numa área de superfície de óxido de zinco. A equipa usou uma técnica de raios-X chamada espectroscopia de fotoemissão de raios-X para examinar as regiões onde os três materiais se encontram, o que revelou uma provável mudança no mecanismo de reação para a hidrogenação do dióxido de carbono quando o césio foi incluído. Mais detalhes foram encontrados a usar dois métodos teóricos amplamente utilizados: cálculos de “teoria funcional da densidade”, uma técnica de modelagem computacional para examinar as estruturas dos materiais, bem como “simulação cinética de Monte Carlo”, uma simulação de computador para replicar a cinética da reação. Para este trabalho, o grupo utilizou os recursos de computação do Centro de Nanomateriais Funcionais de Brookhaven e do Laboratório Nacional de Pesquisa Energética Nacional de Lawrence Berkeley, Instalação de Computação Científica.
Uma das coisas importantes que aprenderam com a modelagem é o césio ser uma parte essencial do sistema ativo. O etanol não pode ser produzido sem a sua presença. Além disso, uma ótima coordenação com óxido de cobre e zinco também é crucial. No entanto, há muito mais para descobrir.
“Há muitos desafios a superar antes de chegar a um processo industrial que pode transformar o dióxido de carbono em etanol útil”, disse a drogaria Brookhaven José Rodriguez, que participou do trabalho. “A título de exemplo, é preciso haver uma forma clara de melhorar a seletividade para a fabricação do etanol. Um problema chave é compreender a ligação entre os catalisadores e o mecanismo de reação; esta é uma pesquisa de ponta. Nosso objetivo é obter uma compreensão elementar do processo. ”
Outro objetivo desta parte da pesquisa é descobrir um catalisador ideal para a conversão de dióxido de carbono em álcoois “superiores”, que possuem dois ou mais átomos de carbono (o etanol possui 2) e também são, por esse motivo, mais úteis e desejáveis para aplicações industriais, bem como a produção de bens de consumo. O catalisador investigado neste trabalho é útil porque os catalisadores à base de óxido de cobre e zinco já estão amplamente difundidos na indústria química sendo usados em processos catalíticos como a síntese de metanol a partir do dióxido de carbono.
Os pesquisadores agendaram pesquisas de acompanhamento na National Synchrotron Light Source II de Brookhaven. Da mesma forma, um DOE Office of Science User Facility usa uma coleção única de ferramentas e estratégias para caracterizar catalisadores sob condições de trabalho. Lá, eles sem dúvida irão explorar o sistema Cu-Cs-ZnO e os catalisadores com uma composição diferente com mais detalhes.
Originalmente publicado em Scitechdaily.com . Leia o artigo original.
Referência: “Locais ativos induzidos por césio para acoplamento C – C e síntese de etanol a partir da hidrogenação de CO 2 em superfícies de Cu / ZnO (0001)” por Xuelong Wang, Pedro J. Ramírez, Wenjie Liao, José A. Rodriguez e Ping Liu, 23 Julho de 2021, Journal of the American Chemical Society . DOI: 10.1021 / jacs.1c03940
