Eletrocatalisador à base de estanho para redução de CO2 em etanol com 80% de seletividade

Descoberta de catalisador à base de estanho para produção de etanol com 80% de seletividade a partir da redução de CO2

Em um avanço revolucionário para a bioeconomia e a sustentabilidade ambiental, cientistas desenvolveram um tandem electrocatalyst à base de estanho, livre de cobre, capaz de converter dióxido de carbono (CO2) em etanol com uma seletividade de aproximadamente 82,5%. Mais do que uma promessa para o futuro da energia renovável, essa descoberta abre portas para a superação dos obstáculos enfrentados pelos catalisadores de cobre e estabelece um novo caminho para a produção de combustíveis líquidos a partir do CO2.

Os detalhes da pesquisa revelam que o catalisador Sn-baseado tandem consiste em folhas de nanosheets de SnS2 e átomos únicos de Sn coordenados com três átomos de oxigênio em suporte de carbono tridimensional (3D), apresentando um desempenho catalítico notável. O mecanismo identificado destaca centros ativos duplos compostos por átomos de Sn e O, que adsorvem intermediários *CHO e *CO(OH), respectivamente, fomentando a formação de ligações C-C por meio de uma rota inédita de acoplamento formila-bicarbonato.

Curiosamente, este catalisador Sn-based mantém 97% de sua atividade inicial após 100 horas de reação contínua, lidando com densidade de corrente geométrica de 17,8 mA·cm−2 a 0,9 V versus o eletrodo de hidrogênio reversível (RHE). Comparado aos catalisadores de última geração para a redução eletroquímica de CO2 para etanol, o multicomponente Sn-based demonstra desempenho superior na transformação de CO2 em etanol.

A potencial aplicação deste novo catalisador é vasta. Seu uso para a síntese de combustíveis líquidos sustentáveis poderia ser um divisor de águas na busca por alternativas mais ecológicas aos combustíveis fósseis. Isso ressoa fortemente com as metas de Energia Limpa e com redução das emissões de gases de efeito estufa, em ressonância com as preocupações globais sobre escassez de energia e mudanças climáticas.

A equipe responsável pela investigação, que inclui profissionais de diversas instituições chinesas, como a Dalian Institute of Chemical Physics e Tsinghua University, junto à Nanyang Technological University de Singapura, conduziu uma análise profunda da performance eletroquímica do catalisador, juntamente com caracterizações estruturais detalhadas via microscopia eletrônica e espectroscopia. A análise e modelagem por Density Functional Theory (DFT) foram essenciais para decifrar o mecanismo de formação da ligação C-C e para validar experimentalmente a rota de síntese proposta.

No tocante à inovação, a pesquisa destaca o uso de estratégias de tandem catalysis e o emprego de sítios catalíticos de átomos únicos (‘catalisador single-atom’), um campo que tem gerado considerável interesse devido ao potencial para reações químicas multietapas.

Em resumo, a mensagem central do estudo é que a engenharia de sítios ativos em catalisadores à base de metais não nobres, como o estanho, representa uma direção promissora para a otimização da redução eletroquímica de CO2. A convergência entre a pesquisa fundamental e sua aplicação é reforçada com esta descoberta, posicionando a bioeconomia e o desenvolvimento sustentável como fronteiras científicas fundamentais na nossa era.

Fonte: Jie Ding et al., “A tin-based tandem electrocatalyst for CO2 reduction to ethanol with 80% selectivity”, Nature Energy, 2023. DOI: 10.1038/s41560-023-01389-3.


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