Estudo inovador revela etapas importantes para transformar CO2 em produtos químicos valiosos

CO₂ Redução: Um caminho para produtos químicos valiosos

A redução eletroquímica do CO₂ (CO₂RR) é uma tecnologia promissora que utiliza eletricidade renovável para converter CO₂ em produtos químicos de alto valor, fechando efetivamente o ciclo do carbono. Etileno e etanol, o foco deste estudo, são cruciais para a produção de plásticos e combustíveis ecologicamente corretos, respectivamente. No entanto, os mecanismos exatos e as etapas intermediárias envolvidas nesta conversão permaneceram elusivos até agora. O antigo entendimento mecanicista é crucial para projetar racionalmente os sítios ativos, que mostramos aqui não estão apenas presentes no pré-catalisador sintetizado, mas também podem ser formados e evoluir no curso da reação por meio da interação com reagentes e intermediários de reação.

Principais descobertas: Insights espectroscópicos e suporte teórico

A equipe de pesquisa liderada pelo líder do grupo Dr. Arno Bergmann, Prof. Dra. Beatriz Roldán Cuenya e Prof. Dra. Núria López empregou espectroscopia Raman de superfície aprimorada in-situ (SERS) e teoria funcional da densidade (DFT) para investigar as espécies moleculares em eletrocatalisadores de cobre (Cu) e, assim, obter insights sobre o mecanismo de reação. Suas descobertas revelam que a formação de etileno ocorre quando intermediários específicos, conhecidos como dímeros *OC-CO(H), se formam em sítios de Cu subcoordenados. Por outro lado, a produção de etanol requer um ambiente de coordenação altamente comprimido e distorcido dos sítios de Cu, com o intermediário chave *OCHCH₂.

Compreendendo o papel da morfologia de superfície

Uma das descobertas críticas é o papel da morfologia da superfície no processo de reação. A equipe descobriu que os sítios de Cu subcoordenados fortalecem a ligação de CO, uma etapa crucial no processo de redução. Esses sítios de Cu, caracterizados por irregularidades em nível atômico, provavelmente se formam sob condições de reação e tornam a superfície catalítica mais eficaz, levando a um melhor desempenho na produção de etileno e etanol.

Essas descobertas têm implicações significativas para a indústria química, particularmente na produção de plásticos e combustíveis. Ao entender as condições específicas e os intermediários necessários para a produção seletiva de etileno e etanol, os pesquisadores podem projetar catalisadores mais eficientes e sustentáveis. Isso pode levar a maneiras mais eficazes de utilizar CO₂reduzindo a pegada de carbono dos processos de fabricação de produtos químicos.

O estudo foi um esforço colaborativo, com suporte teórico de um grupo de pesquisa na Espanha. Esta parceria permitiu uma investigação abrangente, combinando abordagens experimentais e teóricas para fornecer uma compreensão detalhada do CO₂ processo de redução.

A pesquisa conduzida pelo Departamento de Ciência da Interface do Instituto Fritz Haber e do Instituto de Pesquisa Química da Catalunha representa um avanço significativo no campo do CO₂ redução. Ao revelar os principais intermediários e sítios ativos envolvidos na produção de etileno e etanol, este estudo fornece uma base para o desenvolvimento de processos catalíticos mais eficientes e sustentáveis. As descobertas não apenas avançam o conhecimento científico, mas também oferecem soluções práticas para a redução de CO₂ emissões e promoção da produção química sustentável.