Os catalisadores aceleram as reações químicas e formam a espinha dorsal de muitos processos industriais. Por exemplo, eles são essenciais na transformação de a³leo pesado em gasolina ou combusta­vel de aviação. Hoje, os catalisadores estãoenvolvidos em mais de 80% de todos os produtos manufaturados.

Uma equipe de pesquisa, liderada pelo Laborata³rio Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) em colaboração com a Northern Illinois University, descobriu um novo eletrocatalisador que converte dia³xido de carbono (CO 2 ) e águaem etanol com eficiência energanãtica muito alta, alta seletividade para o produto final desejado e baixo custo. O etanol éuma mercadoria particularmente desejável porque éum ingrediente em quase toda a gasolina dos EUA e éamplamente utilizado como produto intermediário nas indaºstrias química, farmacaªutica e de cosmanãticos.

"O processo resultante do nosso catalisador contribuiria para a economia circular de carbono, que implica a reutilização de dia³xido de carbono", disse Di-Jia Liu, qua­mico saªnior da divisão de Ciências e Engenharia Quí­mica de Argonne e cientista do UChicago CASE na Pritzker School of Molecular. Engenharia, Universidade de Chicago. Esse processo faria isso convertendo eletroquimicamente o CO 2 emitido por processos industriais , como usinas de combusta­veis fa³sseis ou usinas de fermentação de a¡lcool, em mercadorias valiosas a um custo razoa¡vel.

O catalisador da equipe consiste em cobre atomicamente disperso em um suporte de pa³ de carbono. Por uma reação eletroquímica, esse catalisador quebra as moléculas de CO 2 e de águae remonta seletivamente as moléculas quebradas em etanol sob um campo elanãtrico externo. A seletividade eletrocatala­tica, ou "eficiência faradaica", do processo ésuperior a 90%, muito maior do que qualquer outro processo relatado. Além disso, o catalisador opera de forma esta¡vel durante operações prolongadas a baixa tensão.

"Com esta pesquisa, descobrimos um novo mecanismo catala­tico para converter dia³xido de carbono e águaem etanol", disse Tao Xu, professor de fa­sico-química e nanotecnologia da Northern Illinois University. "O mecanismo também deve fornecer uma base para o desenvolvimento de eletrocatalisadores altamente eficientes para conversão de dia³xido de carbono em uma vasta gama de produtos químicos de valor agregado".

Como o CO 2 éuma molanãcula esta¡vel, transforma¡-lo em uma molanãcula diferente normalmente consome muita energia e écaro. No entanto, de acordo com Liu, "podera­amos acoplar o processo eletroqua­mico de conversão de CO 2 em etanol usando nosso catalisador na rede elanãtrica e tirar proveito da eletricidade de baixo custo dispona­vel de fontes renova¡veis, como energia solar e ea³lica, fora do hora¡rio de pico. . " Como o processo éexecutado a baixa temperatura e pressão, ele pode iniciar e parar rapidamente em resposta ao fornecimento intermitente de eletricidade renova¡vel.

A pesquisa da equipe se beneficiou de duas instalações para usuários do DOE Office of Science em Argonne - a Advanced Photon Source (APS) e o Center for Nanocale Materials (CNM) -, bem como o Laboratory Computing Resource Center (LCRC) de Argonne. "Graças ao alto fluxo de fa³tons dos raios X na APS, capturamos asmudanças estruturais do catalisador durante a reação eletroquímica ", disse Tao Li, professor assistente do Departamento de Quí­mica e Bioquímica do norte de Illinois. Universidade e um cientista assistente na divisão de ciências de raios-X de Argonne. Esses dados, juntamente com a microscopia eletra´nica de alta resolução no CNM e a modelagem computacional usando o LCRC, revelaram uma transformação reversa­vel de cobre atomicamente disperso em grupos de três a¡tomos de cobre, cada um com a aplicação de baixa tensão. O COA cata¡lise 2 -para-etanol ocorre nesses pequenos aglomerados de cobre. Esta descoberta estãolana§ando luz sobre maneiras de melhorar ainda mais o catalisador atravanãs do design racional. 

"Preparamos vários novos catalisadores usando essa abordagem e descobrimos que todos eles são altamente eficientes na conversão de CO 2 em outros hidrocarbonetos", disse Liu. "Planejamos continuar essa pesquisa em colaboração com a indústria para avana§ar nessa tecnologia promissora".