Uma equipe de pesquisa da Caltech e da Escola de Engenharia da UCLA Samueli demonstrou uma maneira promissora de converter dia³xido de carbono em etileno - um importante produto qua­mico usado para produzir pla¡sticos, solventes, cosmanãticos e outros produtos importantes em todo o mundo.

Os cientistas desenvolveram fios de cobre em nanoescala comsuperfÍcies de formato especial para catalisar uma reação química que reduz as emissaµes de gases de efeito estufa enquanto gera etileno - um produto qua­mico valioso simultaneamente. Estudos computacionais da reação mostram que o catalisador moldado favorece a produção de etileno em vez de hidrogaªnio ou metano. Um estudo detalhando o avanço foi publicado na Nature Catalysis .

"Estamos a  beira da exaustão dos combusta­veis fa³sseis, juntamente com os desafios da mudança climática global", disse Yu Huang, co-autor do estudo e professor de ciência de materiais e engenharia da UCLA. "O desenvolvimento de materiais que podem transformar gases de efeito estufa de forma eficiente em combusta­veis de valor agregado e matérias-primas químicas éuma etapa cra­tica para mitigar o aquecimento global enquanto evita a extração de combusta­veis fa³sseis cada vez mais limitados. Este experimento integrado e análise tea³rica apresentam um caminho sustenta¡vel para o aumento do dia³xido de carbono e utilização."

Atualmente, o eteno tem uma produção anual global de 158 milhões de toneladas. Muito disso étransformado em polietileno, que éusado em embalagens pla¡sticas. O etileno éprocessado a partir de hidrocarbonetos, como o gás natural.

"A ideia de usar cobre para catalisar essa reação existe hámuito tempo, mas a chave éacelerar a taxa para que seja rápida o suficiente para a produção industrial", disse William A. Goddard III, coautor do estudo e Charles e Mary Ferkel, professor de Quí­mica, Ciência dos Materiais e Fa­sica Aplicada da Caltech. “Este estudo mostra um caminho sãolido em direção a essa marca, com potencial para transformar a produção de eteno em uma indústria mais verde a partir do CO 2 que, de outra forma, acabaria na atmosfera”.

O uso do cobre para iniciar a redução do dia³xido de carbono (CO 2 ) na reação de etileno (C 2 H 4 ) sofreu dois ataques contra ele. Primeiro, a reação química inicial também produziu hidrogaªnio e metano - ambos indesejáveis ​​na produção industrial. Em segundo lugar, as tentativas anteriores que resultaram na produção de etileno não duraram muito, com a eficiência de conversão diminuindo conforme o sistema continuava a funcionar.

Para superar esses dois obsta¡culos, os pesquisadores se concentraram no projeto dos nanofios de cobre com "degraus" altamente ativos - semelhantes a um conjunto de escadas dispostas em escala atômica. Uma descoberta intrigante deste estudo colaborativo éque este padrãode etapas nassuperfÍcies dos nanofios permaneceu esta¡vel sob as condições de reação, ao contra¡rio da crena§a geral de que essas caracteri­sticas de alta energia se suavizariam. Essa éa chave para a durabilidade e seletividade do sistema na produção de etileno, em vez de outros produtos finais.

A equipe demonstrou uma taxa de conversão de dia³xido de carbono em etileno de mais de 70%, muito mais eficiente do que os projetos anteriores, que renderam pelo menos 10% a menos nas mesmas condições. O novo sistema funcionou por 200 horas, com pouca mudança na eficiência de conversão , um grande avanço para os catalisadores a  base de cobre. Além disso, a compreensão abrangente da relação estrutura-função ilustrou uma nova perspectiva para projetar um catalisador de redução de CO 2 altamente ativo e dura¡vel em ação.

Huang e Goddard tem colaborado com frequência hámuitos anos, com o grupo de pesquisa de Goddard se concentrando nas razões tea³ricas que sustentam as reações químicas , enquanto o grupo de Huang criou novos materiais e conduziu experimentos. O autor principal do artigo éChungseok Choi, um estudante de graduação em ciência e engenharia de materiais na UCLA Samueli e membro do laboratório de Huang.