Ciência é INVESTIMENTO! Vamos transformar o Brasil em uma Nação rica e forte!

NANOPARTÍCULAS DE OURO SÃO MELHORES CATALISADORES PARA A RECICLAGEM DO CO2

NANOPARTÍCULAS DE OURO SÃO MELHORES CATALISADORES PARA A RECICLAGEM DO CO2

Edição Vol. 4, N. 2, 22 de Novembro de 2016

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2016.11.22.002

Nanomateriais são aqueles materiais que possuem uma de suas dimensões na escala nano, isto é, 10-9 o tamanho do metro, ou 100 mil vezes mais fino que um fio de cabelo. Quando materiais são reduzidos a um tamanho crítico eles apresentam novas propriedades devido ao efeito quântico de tamanho e à elevada razão entre área de superfície por massa. Uma das propriedades desses novos materiais é a possibilidade de serem muito reativos, dado seu tamanho diminuto, e com isso, reações química que antes não ocorriam agora são possíveis e de maneira muito mais efetiva do que antes, possibilitando, inclusive, a geração de combustível a partir do CO2, o próprio gás do efeito estufa. Veremos como!

Pesquisadores da Universidade de Brown, liderados pelo professor Dr Shouheng Sun, desenvolveram um catalisador que converte seletivamente dióxido de carbono (CO2) em monóxido de carbono (CO), uma molécula de carbono ativo que pode ser usada para fazer combustíveis alternativos e produtos químicos de commodities.

O estudo mostra o potencial que nanopartículas de ouro cuidadosamente projetadas têm em reciclar CO2 em formas úteis de carbono. O trabalho é preliminar, mas acredita-se que há um grande potencial para que essa tecnologia seja ampliada para aplicações comerciais.

A ideia de reciclagem de CO2 – um gás de efeito estufa que hoje se encontra em excesso em nosso planeta – é sedutora, mas há obstáculos. O CO2 é uma molécula extremamente estável que deve ser reduzida a uma forma ativa como CO para torná-la útil. O CO é usado para produzir gás natural sintético, metanol e outros combustíveis alternativos.

Converter CO2 para CO não é fácil. Pesquisas anteriores mostraram que os catalisadores feitos de folha de ouro são ativos para esta conversão, mas eles não fazem o trabalho de forma eficiente. O ouro tende a reagir tanto com o CO2 como com a água na qual o CO2 é dissolvido, criando um subproduto de hidrogênio em vez do CO desejado (1).

O grupo experimental da Universidade de Brown queria ver se o encolhimento do ouro para nanopartículas poderia torná-lo mais seletivo ao CO2. Eles descobriram que as nanopartículas eram de fato mais seletivas, mas que o tamanho exato dessas partículas era importante (Figura 1) (1). Partículas de oito nanômetros tinham a melhor seletividade, alcançando uma taxa de 90% de conversão de CO2 para CO. Outros tamanhos que a equipe testou – quatro, seis e 10 nanômetros – não funcionaram quase tão bem (1).

screen-shot-2016-12-19-at-8-00-52-pm

Figura 1: Um estudo publicado de pesquisadores da Brown University mostra a capacidade de nanopartículas de ouro cuidadosamente projetadas para reciclar CO2 em formas úteis de carbono. As nanopartículas de ouro são melhores catalisadores para a reciclagem de CO2 do que o ouro estendido. O tamanho é crucial entretanto, já que as bordas produzem resultados mais desejados do que os cantos (pontos vermelhos, acima). Nanopartículas de 8 nm parecem ter uma melhor razão de bordas/canto do que nanopartículas de 4 nm, 6 nm ou 10 nm. Crédito: Sun lab / Brown University (1).

No início, esse resultado demonstrou-se confuso para os autores. Como haviam feito as partículas menores obtiveram mais atividade, mas quando atingiram tamanhos menores do que oito nanômetros, obtiveram menos atividade (1).

Para compreender o que estava acontecendo eles utilizaram um método de modelagem chamado teoria da densidade funcional. Eles foram capazes de demonstrar que as formas das partículas em diferentes tamanhos influenciaram suas propriedades catalíticas.

Quando você toma uma esfera e a reduz a tamanhos menores e menores, você tende a ter muito mais características irregulares – superfícies planas, bordas e cantos. O que eles foram capazes de 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. Assim quando você encolhe essas partículas para um menor tamanho, você terá um ponto onde começará a otimizar a atividade, já que você tem um grande número destes sítios de borda, mas ainda um baixo número dos sítios de canto. Mas se você chegar a uma dimensão muita pequena, as bordas começam a encolher e você fica apenas com os cantos (Figura 1) (1).

Agora que eles entendem exatamente que parte do catalisador está ativo, os pesquisadores estão trabalhando para otimizar ainda mais as partículas. Ainda há muito espaço para melhorias. Eles estão trabalhando em novas partículas que maximizam esses sítios ativos.

Os pesquisadores acreditam que essas descobertas podem ser uma nova via importante para a reciclagem do CO2 em uma escala comercial.

Como estão utilizando nanopartículas, usam muito menos ouro do que em um catalisador de metal estendido, ou em massa. Isso reduz o custo para se fazer um tal catalisador e dá o potencial de aumentar a escala.

Mais uma demonstração de que as ciências básicas podem construir novos modelos de mercados e transformar um país pobre em uma nação forte e rica.

Fonte: Universidade de Brown

De Stock: Laboratório de Sun / universidade de Brown

Referência

1.Zhu W, Michalsky R, Metin O, Lv H, Guo S, Wright CJ, et al. Monodisperse Au nanoparticles for selective electrocatalytic reduction of CO2 to CO. Journal of the American Chemical Society. 2013;135(45):16833-6.

Print Friendly

Deixe uma resposta

O seu endereço de email não será publicado Campos obrigatórios são marcados *


*

Você pode usar estas tags e atributos de HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>