Novo catalisador transforma dióxido de carbono em fonte de energia limpa

Essa pesquisa foi publicada na revista Chem. Os autores principais são o pesquisador de pós-doutorado da Yale, Justin Wedal, e o assistente de pesquisa de graduação da Universidade do Missouri, Kyler Virtue. Os autores seniores incluem o professor de Yale, Nilay Hazari, e o professor da Universidade do Missouri, Wesley Bernskoetter.

Por que as Células de Combustível de Hidrogênio São Importantes

As células de combustível de hidrogênio funcionam transformando a energia química do hidrogênio em eletricidade, semelhante ao funcionamento de uma bateria. Embora a tecnologia apresente promessas para uma energia limpa, a adoção em larga escala foi limitada pela dificuldade e custo de produzir e armazenar hidrogênio de forma eficiente.

“A utilização de dióxido de carbono é uma prioridade no momento, enquanto buscamos fontes químicas renováveis para substituir as fontes derivadas de combustíveis fósseis”, disse Hazari, Professor John Randolph Huffman de Química e chefe do departamento de química na Faculdade de Artes e Ciências (FAS) da Yale.

Formiato como um Carreador de Hidrogênio

A áccido fórmico, a forma protonada do formiato, já é fabricado em escala industrial. É comumente usado como conservante, agente antibacteriano e no curtimento de couro. Muitos cientistas também o veem como uma fonte prática de hidrogênio para células de combustível, desde que possa ser produzido de maneira sustentável e eficiente.

Atualmente, a maior parte da produção industrial de formiato depende de combustíveis fósseis, o que limita seus benefícios ambientais a longo prazo. Pesquisadores afirmam que uma alternativa mais limpa seria produzir formiato diretamente do dióxido de carbono presente no ar. Essa abordagem reduziria os níveis de gases de efeito estufa e criaria um produto químico útil.

O Desafio do Catalisador

Transformar dióxido de carbono em formiato requer um catalisador, e isso tem sido um grande obstáculo. Muitos dos catalisadores mais eficazes desenvolvidos até agora dependem de metais preciosos que são caros, escassos e frequentemente tóxicos. Metais mais abundantes tendem a se degradar rapidamente, o que reduz sua capacidade de impulsionar a reação química.

Como o Manganês Superou as Expectativas

A equipe de pesquisa desenvolveu uma nova estratégia para superar esse problema. Ao redesenhar a estrutura do catalisador, eles aumentaram significativamente a vida útil dos catalisadores à base de manganês. Como resultado, esses catalisadores apresentaram desempenho melhor do que a maioria das alternativas com metais preciosos.

De acordo com os pesquisadores, a melhoria chave veio da adição de um átomo doador extra ao design do ligante (ligantes são átomos ou moléculas que se ligam a um átomo de metal e influenciam a reatividade). Essa mudança ajudou a estabilizar o catalisador e manter sua eficácia.

“Estou animado para ver o design do ligante dando resultados de forma tão significativa,” disse Wedal.

Implicações Mais Amplas para a Química Limpa

A equipe acredita que essa abordagem pode ser aplicada além da conversão de dióxido de carbono. Princípios de design semelhantes podem melhorar os catalisadores utilizados em outras reações químicas, potencialmente expandindo o impacto do trabalho.

Os pesquisadores da Yale, Brandon Mercado e Nicole Piekut, também contribuíram para o estudo. O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos EUA.