Novo catalisador transforma dióxido de carbono em fonte de combustível limpo

A pesquisa foi publicada na revista Química. Os autores principais são o pesquisador de pós-doutorado de Yale, Justin Wedal, e o assistente de pesquisa de pós-graduação da Universidade de Missouri, Kyler Virtue. Os autores seniores incluem o professor de Yale, Nilay Hazari, e o professor da Universidade de Missouri, Wesley Bernskoetter.

Por que as células de combustível de hidrogênio são importantes

As células a combustível de hidrogênio funcionam transformando a energia química do hidrogênio em eletricidade, semelhante ao funcionamento de uma bateria. Embora a tecnologia seja promissora para energia limpa, a adoção em larga escala tem sido limitada pela dificuldade e pelo custo de produzir e armazenar hidrogénio de forma eficiente.

“A utilização do dióxido de carbono é uma prioridade neste momento, à medida que procuramos matérias-primas químicas renováveis ​​para substituir as matérias-primas derivadas de combustíveis fósseis”, disse Hazari, professor de Química John Randolph Huffman e catedrático de química na Faculdade de Artes e Ciências de Yale (FAS).

Formato como transportador de hidrogênio

O ácido fórmico, a forma protonada do formato, já é fabricado em escala industrial. É comumente usado como conservante, agente antibacteriano e no curtimento de couro. Muitos cientistas também o veem como uma fonte prática de hidrogénio para células de combustível, desde que possa ser produzido de forma sustentável e eficiente.

Hoje, a maior parte da produção industrial de formato depende de combustíveis fósseis, o que limita os seus benefícios ambientais a longo prazo. Os pesquisadores dizem que uma alternativa mais limpa seria produzir formato diretamente do dióxido de carbono no ar. Esta abordagem reduziria os níveis de gases com efeito de estufa e criaria um produto químico útil.

O desafio do catalisador

A transformação do dióxido de carbono em formato requer um catalisador, e isso tem sido um grande obstáculo. Muitos dos catalisadores mais eficazes desenvolvidos até agora dependem de metais preciosos que são caros, escassos e muitas vezes tóxicos. Metais mais abundantes tendem a se decompor rapidamente, o que reduz sua capacidade de conduzir a reação química.

Como o manganês superou as expectativas

A equipe de pesquisa desenvolveu uma nova estratégia para superar esse problema. Ao redesenhar a estrutura do catalisador, eles prolongaram significativamente a vida útil dos catalisadores à base de manganês. Como resultado, estes catalisadores tiveram um desempenho melhor do que a maioria das alternativas de metais preciosos.

De acordo com os pesquisadores, a principal melhoria veio da adição de um átomo doador extra ao design do ligante (ligantes são átomos ou moléculas que se ligam a um átomo de metal e influenciam a reatividade). Esta mudança ajudou a estabilizar o catalisador e manter a sua eficácia.

“Estou entusiasmado em ver o design do ligante render resultados tão significativos”, disse Wedal.

Implicações mais amplas para a química limpa

A equipe acredita que esta abordagem poderia ser aplicada além da conversão de dióxido de carbono. Princípios de design semelhantes podem melhorar os catalisadores utilizados em outras reações químicas, ampliando potencialmente o impacto do trabalho.

Os pesquisadores de Yale, Brandon Mercado e Nicole Piekut, também contribuíram para o estudo. O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA.