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Nanopartículas de ouro na reciclagem de dióxido de carbono

É um sonho do alquimista do século 21: transformar a superabundância de dióxido de carbono da Terra – um gás do efeito estufa – em combustível ou produtos químicos industriais úteis. Os pesquisadores da Universidade Brown mostraram que nanopartículas de ouro aperfeiçoadas podem fazer o trabalho. A chave é maximizar as extremidades das partículas, que são os locais ativos para uma reação química.

Ouro converte dióxido de carbono em monóxido.

Ajustando as nanopartículas de ouro para o tamanho certo, os pesquisadores da Universidade Brown desenvolveram um catalisador que converte seletivamente dióxido de carbono ( CO2) para o monóxido de carbono (CO), uma molécula de carbono ativo que pode ser usada para fazer combustíveis alternativos e produtos químicos de base.

Nosso estudo mostra o potencial de nanopartículas de ouro cuidadosamente projetadas para reciclar CO2 em formas úteis de carbono.

O trabalho que fizemos aqui é preliminar, mas acho que há um grande potencial para esta tecnologia a ser expandida para futuras aplicações comerciais.

Shouheng Sun, professor de química e um dos autores sênior do estudo.

Os resultados foram publicados no Journal of the American Chemical Society.

Reciclagem de CO2

A ideia da reciclagem de CO2 – um gás do efeito estufa que o planeta atualmente tem em grande excesso – é atraente, mas existem obstáculos. O CO2 é uma molécula extremamente estável, e que deve ser reduzida a uma forma ativa como o CO para tornar-se útil. CO é usado no gás natural sintético, metanol, dentre outros combustíveis alternativos.

Nanopartículas de ouro constituem uma contribuição na reciclagem de dióxido de carbono

Conversão de CO2 para CO não é fácil. Pesquisas anteriores mostraram que os catalisadores feitos de folha de ouro estão aptos para essa conversão, mas eles não fazem o trabalho de forma eficiente.

O ouro tende a reagir tanto com o CO2, como com a água em que o ele está dissolvido, criando um subproduto de hidrogênio em vez do desejado CO.

O grupo de pesquisa de  Brown, liderado por Sun e Wenlei Zhu, queria ver se encolhendo o ouro até nanopartículas poderia torná-lo mais seletivo para CO2.

Eles descobriram que as nanopartículas foram de fato mais seletivas, mas que o tamanho exato dessas partículas era importante. Oito partículas nanométricas tiveram a melhor seletividade, atingindo uma taxa de 90 por cento de conversão de CO2 para Co. A equipe testou outros tamanhos  como: quatro, seis e dez nanômetros, mas não se desempenharam tão bem.

Em primeiro lugar, esse resultado era confuso. Como fizemos partículas menores, que tem mais atividade, mas quando testamos com tamanhos menores do que oito nanômetros, temos menos atividade.

Andrew Peterson, professor de engenharia e também um autor sênior no estudo.

Para entender o que estava acontecendo, Peterson e o pesquisador de pós-doutorado Ronald Michalsky utilizaran um método de modelagem chamado de teoria da funcional da densidade. Eles foram capazes de mostrar que as formas das partículas e tamanhos diferentes influenciam suas propriedades catalíticas.

“Quando você pega uma esfera e reduz ela a tamanhos cada vez menores, que tendem a ter muito mais recursos irregulares como superfícies planas, bordas e cantos”, disse Peterson. “O que conseguimos descobrir é que os locais mais ativos para a conversão de CO2 em CO são os locais de borda, enquanto os locais de canto predominantemente dão o subproduto, que é o hidrogênio.

Então, se você diminuir essas partículas, você vai atingir um ponto em que você começa a otimizar a atividade, porque você tem um grande número desses locais de ponta, mas ainda um baixo número desses locais de canto. mas se for muito pequeno, as bordas começarão a encolher e você terá apenas cantos “.

Agora que eles entendem exatamente que parte do catalisador é ativo, os pesquisadores estão trabalhando para otimizar ainda mais as partículas. “Ainda há muito espaço para melhorias”, disse Peterson. “Nós estamos trabalhando em novas partículas que maximizam esses locais ativos. “

Os pesquisadores acreditam que essas descobertas podem ser uma nova e importante alternativa para a reciclagem de CO2 em escala comercial.

“Porque nós estamos usando nanopartículas, estamos usando muito menos ouro do que em um catalisador de metal em massa. Isso reduz o custo para fazer tal catalisador.”

O trabalho foi financiado por uma concessão do National Science Foundation para o Centro de Yale-Brown para a Química Inovação ( CCI ), que procura maneiras de usar CO2 como matéria-prima sustentável para as commodities químicas de grande escala. Outros autores no estudo foram Önder Metin , Haifeng Lv, Shaojun Guo , Christopher Wright, e Xiaolian Sol.

Fonte

sciencedaily.com

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Escrito por Equipe de Redação Ciências e Tecnologia

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Pesquisadores mostraram que nanopartículas de ouro aperfeiçoadas podem converter dióxido de carbono em monóxido de carbono de maneira mais eficiente.