Muitos processos industriais emitem dióxido de carbono na atmosfera. Infelizmente, no entanto, os métodos atuais de separação eletroquímica são caros e consomem grandes quantidades de energia. Lei Wang, Qingdao University of Science & Technology, China, Wei Jin, Tongji University, Shanghai, China, Tianyi Ma, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Austrália, e colegas desenvolveram um eletrocatalisador de aerogel formado a partir de uma liga metálica barata que permite a conversão eletroquímica altamente eficiente de dióxido de carbono. O principal produto é o ácido fórmico, que é um produto químico não tóxico.
Fixação de Carbono
Capturar e fixar quimicamente o dióxido de carbono de processos industriais seria um grande passo para a neutralidade de carbono. Para evitar que o notório gás de efeito estufa escape para o ar, ele pode ser comprimido e armazenado. Outra opção é a conversão eletroquímica para gerar outros compostos de carbono.
No entanto, devido ao alto consumo de energia e ao custo dos catalisadores, os métodos de separação eletroquímica não podem ser usados em escala industrial. Isso levou a equipe a investigar materiais de substituição. Os eletrocatalisadores usados atualmente são feitos de metais preciosos, como a platina e o rênio. Eles catalisam processos eletroquímicos de fixação de carbono de forma muito eficiente, mas também são muito caros.
Um aerogel bimetálico
Os pesquisadores descobriram que os metais não preciosos, estanho e bismuto, podem formar aerogéis, que são materiais incrivelmente leves com propriedades catalíticas particularmente promissoras. Os aerogéis contêm uma rede ultraporosa que promove o transporte de eletrólitos. Eles também fornecem locais abundantes onde os processos eletroquímicos podem ocorrer.
Para produzir os aerogéis, a equipe misturou uma solução de bismuto e sais de estanho com um agente redutor e um estabilizador. A simples agitação desta mistura levou a um hidrogel estável de uma liga de bismuto-estanho após seis horas à temperatura ambiente. Um processo direto de liofilização produziu o aerogel, formado por nanofios frouxamente entrelaçados e ramificados.
Eletrocatálise altamente seletiva
Os pesquisadores descobriram que o aerogel bimetálico teve um desempenho excepcional na conversão de dióxido de carbono. Em comparação com o bismuto puro, o estanho puro ou a liga não liofilizada, observou-se uma densidade de corrente significativamente maior. A conversão ocorreu com uma eficiência de 93%, que foi pelo menos tão eficiente, se não mais, do que os materiais padrão usados atualmente, indicando um processo de baixo desperdício.
O processo mostrou “excelente seletividade e estabilidade para a produção de ácido fórmico sob pressão normal à temperatura ambiente”. Os únicos subprodutos foram monóxido de carbono e hidrogênio, formados em quantidades minúsculas. Os pesquisadores explicam que essa seletividade e estabilidade foram resultado das condições na superfície da liga. Aqui, as moléculas de dióxido de carbono se acumulam de tal forma que o átomo de carbono fica livre para ligar os átomos de hidrogênio das moléculas de água. Isso resulta em ácido fórmico como o produto preferencial.
Esta pesquisa sugere perspectivas futuras positivas para outras combinações de metais. É provável que outros metais não preciosos se convertam em aerogéis, formando catalisadores baratos, não tóxicos e altamente eficientes para redução eletroquímica de dióxido de carbono.
- Engineering Bismuth–Tin Interface in Bimetallic Aerogel with a 3D Porous Structure for Highly Selective Electrocatalytic CO2 Reduction to HCOOH,
Zexing Wu, Hengbo Wu, Weiquan Cai, Zhenhai Wen, Baohua Jia, Lei Wang, Wei Jin, Tianyi Ma,
Angew. Chem. Int. Ed. 2021.
https://doi.org/10.1002/anie.202102832
Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( luisholzle@unipampa.edu.br ). A tradução do original ‘Electrocatalytic CO2 Reduction Made More Accessible‘ foi gentilmente autorizada pelos detentores dos direitos (Wiley-VCH GmbH – ChemistryViews.org).
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- Autor: Angewandte Chemie Edição Internacional
- Data de Publicação: 30 de abril de 2021
- Copyright: Wiley-VCH GmbH
