Um novo estudo realizado por cientistas da Universidade de Yale e da Universidade de Missouri mostra que catalisadores feitos de manganês podem converter eficientemente dióxido de carbono em formato. O manganês está amplamente disponível e tem baixo custo, o que o torna uma alternativa atraente aos metais caros. O formato é considerado um material promissor para armazenamento de hidrogênio, o que poderia ajudar a alimentar a próxima geração de células de combustível.
A pesquisa está publicada na revista Química. Os autores principais são o pesquisador de pós-doutorado de Yale, Justin Wedal, e o assistente de pesquisa de pós-graduação da Universidade de Missouri, Kyler Virtue. Os autores seniores incluem o professor de Yale, Niloy Hazari, e o professor da Universidade de Missouri, Wesley Burnschoetter.
Por que as células a combustível de hidrogênio são importantes
As células a combustível de hidrogênio funcionam convertendo a energia química do hidrogênio em eletricidade, da mesma forma que uma bateria. Embora a tecnologia seja promissora para energia limpa, a adoção em larga escala tem sido limitada pela dificuldade e pelo custo de produzir e armazenar hidrogénio de forma eficiente.
“A utilização de dióxido de carbono é agora uma prioridade à medida que procuramos matérias-primas químicas renováveis para substituir as matérias-primas derivadas de combustíveis fósseis”, disse Hazari, professor de Química John Randolph Huffman e presidente de Química da Faculdade de Artes e Ciências de Yale (FAS).
formato como transportador de hidrogênio
O ácido fórmico, a forma protonada do formato, já foi produzido em escala industrial. É comumente usado como conservante, agente antibacteriano e curtimento de couro. Muitos cientistas também o veem como uma fonte prática de hidrogénio para células de combustível, se puder ser produzido de forma sustentável e eficiente.
Hoje, a maior parte da produção industrial de formato depende de combustíveis fósseis, o que limita os seus benefícios ambientais a longo prazo. Os pesquisadores dizem que uma alternativa mais limpa poderia ser produzir formato diretamente do dióxido de carbono no ar. Este método reduzirá os níveis de gases de efeito estufa e produzirá um produto químico útil.
O desafio do catalisador
É necessário um catalisador para converter o dióxido de carbono em formato, e isso representa um grande obstáculo. Muitos dos catalisadores mais eficientes desenvolvidos até hoje dependem de metais preciosos que são caros, escassos e muitas vezes tóxicos. Os metais mais abundantes decompõem-se rapidamente, o que reduz a sua capacidade de realizar reações químicas.
Como o manganês superou as expectativas
A equipe de pesquisa desenvolveu uma nova técnica para superar esse problema. Ao redesenhar a estrutura do catalisador, prolongaram significativamente a vida útil dos catalisadores à base de manganês. Como resultado, estes catalisadores tiveram um desempenho melhor do que a maioria das alternativas de metais preciosos.
De acordo com os pesquisadores, a principal melhoria veio da adição de um átomo doador adicional ao design do ligante (ligantes são átomos ou moléculas que se ligam a átomos metálicos e afetam a reatividade). Esta modificação ajudou a estabilizar o catalisador e manter a sua eficácia.
“Estou entusiasmado em ver o design do ligante render de uma forma tão significativa”, disse Wedal.
Amplas implicações para a química limpa
A equipe acredita que este método pode ser aplicado além da conversão de dióxido de carbono. Princípios de design semelhantes poderiam melhorar os catalisadores utilizados em outras reações químicas, ampliando potencialmente o impacto do trabalho.
Os pesquisadores de Yale, Brandon Mercado e Nicole Paikut, também contribuíram para o estudo. O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA.
