Um nanorreator imitador de cloroplasto para eletrocatálise aprimorada de CO₂

O cloroplasto, que é uma organela com membrana dupla, é o principal local de CO₂ fixação via fotossíntese em plantas verdes. A configuração de membrana dupla pode regular o transporte de substâncias para dentro e para fora dos cloroplastos com o auxílio de unidades funcionais como bicamada lipídica e proteínas transmembrana.

Inspirados pela engenhosa estrutura e funcionalidade dos cloroplastos, o Professor Xu Zong da Universidade Marítima de Dalian, o Professor Chenghua Sun da Universidade de Tecnologia de Swinburne e o Professor Lianzhou Wang da Universidade de Queensland relataram recentemente a construção de um nanorreator catalítico capaz de atingir uma redução altamente seletiva e eficiente de CO₂ para CO imitando cloroplastos em plantas verdes.

Este trabalho aparece em Boletim Científico como uma breve comunicação intitulada “Nanorreator imitador de cloroplasto para CO aprimorado₂ eletrocatálise.”

Neste estudo, o nanorreator imitador de cloroplasto (CMNR) é facilmente obtido por meio da automontagem da bicamada de brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) na superfície de um eletrocatalisador de nanohaste de ouro (GNR) para formar uma estrutura núcleo-casca.

A estrutura e o arranjo das moléculas CTAB na superfície do GNR foram investigados usando técnicas experimentais e teóricas, como imagens de transmissão de átomos por varredura de campo escuro anular de alto ângulo, espectroscopia de fotoelétrons de raios X com resolução de ângulo e teoria do funcional da densidade (DFT), e o arranjo de bicamadas das moléculas CTAB na superfície do GNR foi descoberto.

Além disso, extensas investigações teóricas e experimentais mostraram que o -N(CH₃)₃ unidade do CTAB pode capturar CO de forma eficaz₂ da solução, e os canais orgânicos formados pelas cadeias orgânicas hidrofóbicas promoveram a difusão de CO₂ para GNR. Portanto, a bicamada CTAB pode imitar a membrana do cloroplasto para permitir o transporte altamente seletivo de CO₂ moléculas em vez de prótons para GNR.

Além disso, a espectroscopia de fotoelétrons de raios X e a espectroscopia eletroquímica infravermelha in situ revelaram que os íons de bromo promovem a oxidação parcial do GNR, o que estabilizará efetivamente o intermediário COOH* para CO₂ eletrorredução e promover ainda mais o CO₂ desempenho de eletrorredução.

Em resumo, os autores apresentaram o estabelecimento de um nanorreator imitador de cloroplasto modificando a superfície de um eletrocatalisador GNR com uma bicamada CTAB automontada. A bicamada CTAB imita a membrana do cloroplasto para permitir a regulação simultânea do transporte de CO₂ e prótons para o núcleo GNR, e o núcleo GNR imita as enzimas Rubisco para catalisar CO₂ reação de redução.

Correspondentemente, a seletividade do CO₂ a redução de CO foi bastante aprimorada. Este trabalho apresenta um novo design biomimético para abordar os desafios envolvidos na redução de CO₂ reação de redução, que pode ser aplicável a uma ampla gama de reações eletrocatalíticas, como reação de redução de oxigênio e reação de redução de nitrogênio.