Este processo inovador supera as limitações de outros sistemas desenvolvidos até agora, menos seletivos ou muito pouco estáveis para uma utilização em escala industrial. Um avanço publicado na Nature Catalysis que abre caminho para uma produção sustentável de combustíveis não fósseis.
A transformação do dióxido de carbono (CO₂) em produtos químicos de maior valor agregado, como combustíveis, é um grande desafio da química verde. A molécula de CO2 sendo muito estável, essa transformação requer energia e o desenvolvimento de catalisadores eficazes e de baixo custo.
Vários processos eletroquímicos foram desenvolvidos nos últimos anos, utilizando eletrodos à base de cobre, que atua como catalisador, ou eletrodos à base de carbono revestidos com catalisadores moleculares*. Até agora, estes últimos têm conseguido sobretudo produzir compostos simples como monóxido de carbono (CO) ou formiato (HCOO-). A obtenção de produtos mais complexos envolvendo ligações carbono-carbono continua sendo difícil.
Embora os catalisadores à base de cobre consigam fazer isso, geralmente geram uma mistura de moléculas com dois ou mais carbonos, tipicamente etanol, mas também etileno e acetato, com pouco controle sobre a seletividade. No contexto de uma economia circular do carbono, seria obviamente preferível produzir diretamente etanol, sem a necessidade de adicionar etapas de purificação e separação dos produtos.
Uma equipe internacional de cientistas desenvolveu recentemente um novo sistema catalítico que supera esses obstáculos, utilizando um complexo organometálico de ferro, a tetrafenilporfirina de ferro ou Fe-TPP, depositado sobre um suporte de níquel.
Os pesquisadores holandeses, americanos, canadenses e franceses (no Instituto Parisiense de Química Molecular - CNRS/Sorbonne Université) utilizaram uma abordagem inovadora que consiste em ligar o catalisador molecular, um complexo de ferro, sobre uma espuma de níquel. Essa estratégia, que abandona os suportes tradicionais de carbono para utilizar eletrodos metálicos, apesar de seu potencial para reações eletroquímicas concorrentes, permitiu-lhes obter uma conversão quase total de CO2 em etanol.
De forma notável, o eletrodo de níquel-Fe-TPP oferece altos rendimentos de etanol em baixos potenciais, sem produzir subprodutos indesejados como acetato ou metano, superando todos os sistemas não à base de cobre. E essa eficiência perdura ao longo de muitas horas de utilização.
Este avanço, publicado na Nature Catalysis, desafia as suposições de longa data sobre catalisadores moleculares. Ele oferece, sobretudo, novas vias eletroquímicas para converter CO₂ e CO em álcoois como etanol, mas também metanol ou propanol.
O etanol produzido pode ser facilmente armazenado e utilizado como combustível renovável, oferecendo uma alternativa sustentável aos recursos fósseis e reduzindo a dependência da produção de bioetanol, que consome grandes quantidades de biomassa e água. Será que o ciclo está finalmente se fechando para o CO2?
Nota:
* Ao contrário dos catalisadores sólidos ou metálicos tradicionais, os catalisadores moleculares são frequentemente complexos organometálicos, onde um átomo central de metal está rodeado por ligantes orgânicos que modificam suas propriedades químicas.
Redator: AVR
Referência:
Eliminating redox-mediated electron transfer mechanisms on a supported molecular catalyst enables CO2 conversion to ethanol
Maryam Abdinejad, Amirhossein Farzi, Robin Möller-Gulland, Fokko Mulder, Chengyu Liu, Junming Shao, Jasper Biemolt, Marc Robert, Ali Seifitokaldani & Thomas Burdyny.
Nature Catalysis 2024
https://doi.org/10.1038/s41929-024-01225-1