Reação controlada por luz transforma CO2 em combustível

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O efeito da luz sobre as partículas em nanoescala é dirigido por quasipartículas conhecidas como plásmons de superfície. [Imagem: Chad Scales]

Nanocatalisador

Um catalisador sintetizado na forma de minúsculas nanopartículas converte dióxido de carbono (CO2) em metano usando apenas luz ultravioleta como fonte de energia.

Os químicos têm procurado há muito tempo um fotocatalisador eficiente para acelerar essa reação porque isso pode ajudar a reduzir os níveis crescentes de dióxido de carbono em nossa atmosfera, convertendo-o em metano que, apesar de ser um gás de efeito estufa ainda mais poderoso, é também um componente-chave para muitos tipos de combustíveis, ou pode ele próprio ser usado diretamente como combustível.

Outra grande vantagem do processo é que praticamente não são gerados produtos secundários indesejáveis na reação, como o monóxido de carbono. Essa forte seletividade da catálise induzida pela luz também pode se estender a outras reações químicas importantes, dizem os pesquisadores.

CO2 + luz = metano

Xiao Zhang e seus colegas da Universidade Duke, nos EUA, sintetizaram nanocubos de ródio que atingiram o tamanho ideal para absorver a luz na faixa do ultravioleta próximo. Esse efeito da luz sobre partículas em nanoescala é dirigido por quasipartículas conhecidas como plásmons de superfície, as mesmas que deram origem à plasmônica em sistemas de comunicação e computação.

Pequenas quantidades de nanopartículas foram colocadas em uma câmara de reação, na qual foram injetadas misturas de dióxido de carbono e hidrogênio.

Quando Zhang aqueceu as nanopartículas a 300º C, a reação gerou uma mistura igual de metano e monóxido de carbono, um gás venenoso. Mas quando ele desligou o calor e iluminou a câmara com uma lâmpada LED ultravioleta de alta potência, o dióxido de carbono e o hidrogênio reagiram a temperatura ambiente e, melhor de tudo, a reação produziu quase exclusivamente metano.

"Nós descobrimos que, quando iluminamos as nanoestruturas de ródio, podemos forçar a reação química para ir em uma direção mais do que na outra. Assim, nós começamos a escolher como a reação é conduzida usando a luz de uma maneira que nós não conseguimos fazer usando o calor," explicou o professor Henry Everitt.

Essa seletividade - a capacidade de controlar a reação química de modo que ela gere o produto desejado com poucos ou nenhum produto secundário - é um fator importante na determinação do custo e da viabilidade de reações em escala industrial, detalhou Zhang.

Esquema da reação que produz metano a partir do CO2 por meio de um fotocatalisador. [Imagem: Xiao Zhang et al. - 10.1038/NCOMMS14542]

Ródio

Agora, a equipe planeja testar se sua técnica de luz pode controlar outras reações que são atualmente catalisadas com ródio. Ajustando o tamanho das nanopartículas, eles também esperam desenvolver uma versão do catalisador que seja alimentado pela luz solar, criando uma reação de energia solar que poderia ser integrada em sistemas de energia renovável.

Talvez também seja possível trabalhar com nanopartículas de outros metais, uma vez que o ródio é um dos elementos mais raros na Terra - e, portanto, é muito caro. Apesar disso, o ródio desempenha um papel surpreendentemente importante na economia. Pequenas quantidades do metal cinza-prateado são usadas para catalisar uma série de processos industriais essenciais, incluindo a produção de medicamentos, detergentes e fertilizantes nitrogenados.

Bibliografia:

Product selectivity in plasmonic photocatalysis for carbon dioxide hydrogenation
Xiao Zhang, Xueqian Li, Du Zhang, Neil Qiang Su, Weitao Yang, Henry O. Everitt, Jie Liu
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 14542
DOI: 10.1038/NCOMMS14542