Tecnologia Científica

Criando produtos químicos úteis a partir do nada
Em conjunto com os esforços para desenvolver fontes sustentáveis ​​de energia, como eólica e solar, tem havido um impulso crescente no desenvolvimento de tecnologias que permitam a produção de produtos químicos a partir de recursos renováv
Por Emily Velasco - 20/11/2019

Crédito: Caltech
Os pesquisadores realizam trabalhos de laboratório em um dispositivo catalítico para a conversão de dióxido de carbono em etileno.

A dependência da humanidade em combustíveis fósseis é frequentemente considerada no contexto da energia, mas o petróleo e o gás natural também são fontes importantes de matérias-primas para a fabricação de produtos químicos de base. Em conjunto com os esforços para desenvolver fontes sustentáveis ​​de energia, como eólica e solar, tem havido um impulso crescente no desenvolvimento de tecnologias que permitam a produção de produtos químicos a partir de recursos renováveis.

Uma nova tecnologia desenvolvida por pesquisadores da Caltech e da Universidade de Toronto pretende fazer exatamente isso usando energia renovável para converter dióxido de carbono (CO 2 ), um dos principais gases de efeito estufa, em etileno, um precursor químico amplamente usado para fabricar, por por exemplo, polietileno, o plástico mais usado no mundo.

Resultados anteriores em Caltech pelos grupos de pesquisa de Theodor Agapie (PhD '07), professor de química, e Jonas Peters , Bren Professor de química e diretor do Instituto de Sustentabilidade Resnick, mostraram que moléculas orgânicas conhecidas como arilpiridinios ajudam um eletrodo de cobre a converter seletivamente CO 2 em precursores de combustível contendo múltiplos átomos de carbono, tais como etanol, etileno, e propanol. Para melhorar essa tecnologia, Agapie e Peters fizeram parceria com o professor Edward Sargent na Universidade de Toronto. Combinando arilpiridinios com um eletrocatalisador de cobre de área de superfície muito maior desenvolvido anteriormente no grupo Sargent, os pesquisadores conseguiram converter CO 2 em etileno com as maiores eficiências já relatadas até o momento.

"Alcançar altas seletividades para produtos desejáveis ​​acoplados a CC a partir da eletrorredução de CO 2 tem sido um desafio", diz Agapie. "Aproveitando a experiência de uma equipe multidisciplinar, este estudo demonstra que o etileno, uma molécula particularmente útil, pode ser produzido com altos rendimentos em condições amenas".

Os autores principais, Fengwang Li, pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Toronto, e Arnaud Thevenon e Alonso Rosas-Hernández, pesquisadores de pós-doutorado da Caltech, examinaram uma variedade de arilpiridinios para otimizar o eletrocatalisador de cobre. Juntas, as equipes da Caltech e da Universidade de Toronto usaram uma combinação de trabalho de laboratório e simulações em computador para explorar o possível papel dos arilpiridinios para melhorar a eficiência e a vida útil do sistema eletrocatalítico.

"Essencial para traduzir descobertas fundamentais na arena de combustíveis solares para aplicações do mundo real está demonstrando que as densidades de corrente relevantes para a indústria podem ser alcançadas e sustentadas por períodos prolongados", diz Peters. "Essa é uma ênfase deste estudo."


O artigo que descreve a pesquisa, intitulado "Ajuste molecular da conversão de CO2 em etileno", aparece em 20 de novembro na Nature. Os co-autores incluem Arnaud Thevenon, Alonso Rosas Hernández e Zhiji Han da Caltech; Ziyun Wang, Cao Thang Dinh, Yuhang Wang, Zhi-Qin Liang, Mingchuan Luo, Xue Wang, Huihui Li, Chih-Shan Tan, Dae-Hyun Nam, Rafael Quintero-Bermudez, Tao-Tao Zhuang, Yuguang C. Li, Yilin Li, Christine M. Gabardo, Adnan Ozden, Jun Li, Jonathan P. Edwards, Yi Xu, Christopher McCallum, Colin P. O'Brien e David Sinton, da Universidade de Toronto; e Lizhi Tao e R. David Britt, da UC Davis.

O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Ontario Research Fund; o Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá; o programa de energia solar inspirada no CIFAR; e o Joint Center for Artificial Photynthesis, um Departamento de Energia dos EUA, DOE Energy Innovation Hub.

 

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