Muitos processos industriais emitem dióxido de carbono na atmosfera. Infelizmente, no entanto, os métodos atuais de separação eletroquímica são caros e consomem grandes quantidades de energia. Lei Wang, Qingdao University of Science & Technology, China, Wei Jin, Tongji University, Shanghai, China, Tianyi Ma, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Austrália, e colegas desenvolveram um eletrocatalisador de aerogel formado a partir de uma liga metálica barata que permite a conversão eletroquímica altamente eficiente de dióxido de carbono. O principal produto é o ácido fórmico, que é um produto químico não tóxico.
Fixação de Carbono
Capturar e fixar quimicamente o dióxido de carbono de processos industriais seria um grande passo para a neutralidade de carbono. Para evitar que o notório gás de efeito estufa escape para o ar, ele pode ser comprimido e armazenado. Outra opção é a conversão eletroquímica para gerar outros compostos de carbono.
No entanto, devido ao alto consumo de energia e ao custo dos catalisadores, os métodos de separação eletroquímica não podem ser usados em escala industrial. Isso levou a equipe a investigar materiais de substituição. Os eletrocatalisadores usados atualmente são feitos de metais preciosos, como a platina e o rênio. Eles catalisam processos eletroquímicos de fixação de carbono de forma muito eficiente, mas também são muito caros.
Um aerogel bimetálico
Os pesquisadores descobriram que os metais não preciosos, estanho e bismuto, podem formar aerogéis, que são materiais incrivelmente leves com propriedades catalíticas particularmente promissoras. Os aerogéis contêm uma rede ultraporosa que promove o transporte de eletrólitos. Eles também fornecem locais abundantes onde os processos eletroquímicos podem ocorrer.
Para produzir os aerogéis, a equipe misturou uma solução de bismuto e sais de estanho com um agente redutor e um estabilizador. A simples agitação desta mistura levou a um hidrogel estável de uma liga de bismuto-estanho após seis horas à temperatura ambiente. Um processo direto de liofilização produziu o aerogel, formado por nanofios frouxamente entrelaçados e ramificados.
Eletrocatálise altamente seletiva
Os pesquisadores descobriram que o aerogel bimetálico teve um desempenho excepcional na conversão de dióxido de carbono. Em comparação com o bismuto puro, o estanho puro ou a liga não liofilizada, observou-se uma densidade de corrente significativamente maior. A conversão ocorreu com uma eficiência de 93%, que foi pelo menos tão eficiente, se não mais, do que os materiais padrão usados atualmente, indicando um processo de baixo desperdício.
O processo mostrou “excelente seletividade e estabilidade para a produção de ácido fórmico sob pressão normal à temperatura ambiente”. Os únicos subprodutos foram monóxido de carbono e hidrogênio, formados em quantidades minúsculas. Os pesquisadores explicam que essa seletividade e estabilidade foram resultado das condições na superfície da liga. Aqui, as moléculas de dióxido de carbono se acumulam de tal forma que o átomo de carbono fica livre para ligar os átomos de hidrogênio das moléculas de água. Isso resulta em ácido fórmico como o produto preferencial.
Esta pesquisa sugere perspectivas futuras positivas para outras combinações de metais. É provável que outros metais não preciosos se convertam em aerogéis, formando catalisadores baratos, não tóxicos e altamente eficientes para redução eletroquímica de dióxido de carbono.
Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( luisholzle@unipampa.edu.br ). A tradução do original ‘Electrocatalytic CO2 Reduction Made More Accessible‘ foi gentilmente autorizada pelos detentores dos direitos (Wiley-VCH GmbH – ChemistryViews.org).
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