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 de armazenamento de hidrogênio que pode ajudar a alimentar a próxima geração de células de combustível.
O estudo foi publicado na revista químico. Os autores principais são o estudante de doutorado da Universidade de Yale, Justin Vedall, e o estudante de pós-graduação da Universidade de Missouri, Kyler Virtue. Os autores seniores são a professora da Universidade de Yale, Neela Hazari, e o professor da Universidade de Missouri, Wesley Bernskater.
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, semelhante ao funcionamento de uma bateria. Embora esta tecnologia seja promissora para a energia limpa, a sua implementação em larga escala tem sido limitada pela dificuldade e pelo custo de produzir e armazenar hidrogénio de forma eficiente.
“O uso de dióxido de carbono é uma prioridade agora, 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 catedrático de Química na Faculdade 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 veem como 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 formato depende de combustíveis fósseis, limitando os seus benefícios ambientais a longo prazo. Os pesquisadores dizem que uma alternativa mais limpa seria produzir formato diretamente a partir do dióxido de carbono do ar. Esta abordagem reduzirá simultaneamente o nível de gases com efeito de estufa e criará um produto químico útil.
Chamar Catalisador
É necessário um catalisador para converter o dióxido de carbono em formato, e isso tem sido um grande obstáculo. Muitos dos catalisadores mais eficazes desenvolvidos até agora dependem de metais preciosos, que são caros, escassos e muitas vezes tóxicos. Os metais mais abundantes tendem a desintegrar-se rapidamente, reduzindo a sua capacidade de provocar uma reação química.
Como o manganês superou as expectativas
A equipe de pesquisa desenvolveu uma nova estratégia para superar esse problema. Ao redesenhar a estrutura do catalisador, eles 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.
Segundo os pesquisadores, a principal melhoria veio da adição de um átomo doador extra à estrutura do ligante (ligantes são átomos ou moléculas que se ligam a um átomo de metal e afetam a reatividade). Esta mudança ajudou a estabilizar o catalisador e manter a sua eficácia.
“Estou muito entusiasmado em ver o design do ligante ter resultados tão significativos”, disse Vedal.
Implicações mais amplas para a química pura
A equipe acredita que esta abordagem pode ser usada para mais do que apenas converter dióxido de carbono. Princípios de design semelhantes poderiam melhorar os catalisadores utilizados em outras reações químicas, ampliando potencialmente o impacto do trabalho.
Os pesquisadores da Universidade de Yale, Brandon Mercado e Nicole Picut, também contribuíram para o estudo. O financiamento da pesquisa foi fornecido pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA.
