Um novo estudo realizado por cientistas da Universidade de Yale e da Universidade de Missouri mostra que um catalisador feito com manganês pode efetivamente converter dióxido de carbono em formato. O manganês está amplamente disponível e é barato, o que o torna uma alternativa atraente ao metal caro. O formato é considerado um material promissor para armazenar hidrogênio e pode ajudar a alimentar células de combustível de próxima geração.
A pesquisa está publicada na revista Químico. Os autores principais são Justin Wedal, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Yale, e Kyler Virtue, pesquisador associado de pós-graduação na Universidade de Missouri. Os autores seniores incluem o professor da Universidade de Yale, Nilay Hazari, e o professor da Universidade de Missouri, Wesley Bernskoetter.
Por que as células a combustível de hidrogênio são importantes
As células a combustível de hidrogênio funcionam convertendo a energia química do hidrogênio em energia elétrica, semelhante ao funcionamento das baterias. Embora a tecnologia seja promissora como fonte de energia limpa, a adoção em larga escala é limitada pela dificuldade e pelo custo de produzir e armazenar hidrogénio de forma eficiente.
“A utilização de dióxido de carbono é uma prioridade neste momento, à medida que procuramos matérias-primas químicas renováveis para substituir as provenientes de combustíveis fósseis”, disse Hazari, professor de química e presidente do Departamento de Química da Escola de Artes e Ciências de Yale (FAS).
Formato como transportador de hidrogênio
O ácido fórmico, a forma protonada do formato, já é produzido em escala industrial. É comumente usado como conservante, agente antibacteriano e no curtimento de couro. Muitos cientistas também o consideram uma fonte prática de hidrogénio para células de combustível, desde que possa ser produzido de forma sustentável e eficiente.
Hoje, a maior parte da produção industrial de ácido fórmico depende de combustíveis fósseis, o que limita os seus benefícios ambientais a longo prazo. Os pesquisadores dizem que uma alternativa mais limpa seria produzir formato diretamente do dióxido de carbono no ar. Esta abordagem pode reduzir os níveis de gases com efeito de estufa e criar produtos químicos úteis.
Desafio Catalisador
A conversão do dióxido de carbono em formato requer um catalisador, o que é um grande obstáculo. Muitos dos catalisadores mais eficazes desenvolvidos até hoje dependem de metais preciosos caros, escassos e muitas vezes tóxicos. Metais mais abundantes tendem a se decompor rapidamente, reduzindo sua capacidade de provocar reações químicas.
Como o manganês superou as expectativas
A equipe de pesquisa desenvolveu uma nova estratégia para superar esse problema. Ao redesenhar a estrutura do catalisador, prolongaram significativamente a vida útil do catalisador à base de manganês. Como resultado, estes catalisadores superam a maioria das alternativas de metais preciosos.
As principais melhorias, dizem os pesquisadores, vieram da adição de átomos doadores adicionais ao design dos ligantes (ligantes são átomos ou moléculas que se ligam a átomos de metal e afetam a reatividade). Esta mudança ajuda a estabilizar o catalisador e a manter a sua eficácia.
“Estou animado para ver o design do ligante valer a pena de uma forma tão significativa”, disse Wedal.
Implicações mais amplas para produtos químicos de limpeza
A equipe acredita que esta abordagem poderia ter aplicações além da conversão de dióxido de carbono. Princípios de design semelhantes poderiam melhorar os catalisadores utilizados em outras reações químicas, ampliando potencialmente o impacto deste trabalho.
Os pesquisadores de Yale, Brandon Mercado e Nicole Piekut, também contribuíram para o estudo. O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA.
