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Catalisadores misteriosos: por que o cobre pode produzir uma variedade de compostos de carbono, mas o zinco não?
No contexto da discussão atual sobre o desenvolvimento energético sustentável, a redução eletroquímica do dióxido de carbono (CO2RR) tem recebido atenção crescente. Esta tecnologia não só converte o dióxido de carbono numa variedade de produtos químicos, mas também ajuda a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. No entanto, entre muitos catalisadores, por que o cobre pode efetivamente produzir diferentes compostos de carbono, enquanto o zinco não consegue?
Qualquer progresso tecnológico é inseparável da seleção e aplicação de catalisadores. As diferenças nos catalisadores afetarão diretamente a eficiência da reação e os tipos de produtos obtidos.
CO2RR utiliza energia elétrica para converter dióxido de carbono em produtos químicos mais redutores. Seus produtos incluem ácido fórmico (HCOO-), monóxido de carbono (CO), metano (CH4), etileno (C2H4) e etanol (C2H5OH). Os desafios técnicos deste processo incluem os elevados custos de electricidade e o facto de o dióxido de carbono conter frequentemente impurezas que devem ser purificadas antes da redução. As primeiras experiências de redução de CO2 no século XIX utilizaram o zinco como cátodo para reduzir o dióxido de carbono a monóxido de carbono, e a investigação subsequente aumentou dramaticamente na década de 1980, especialmente após o embargo petrolífero da década de 1970.
Atualmente, muitas empresas estão desenvolvendo tecnologia de redução eletroquímica de dióxido de carbono, incluindo Siemens, Dióxido Materiais, Twelve e GIGKarasek. Embora ainda não exista um eletrolisador à temperatura ambiente que possa ser comercializado, os eletrolisadores de óxido sólido de alta temperatura (SOECs) foram lançados por muitas empresas e alcançaram sucesso no processo de redução de CO2 do monóxido de carbono.
A viabilidade comercial de eletrolisadores de óxido sólido de alta temperatura demonstrou a produção de 6-8 kWh por metro cúbico de CO com uma pureza de 99,999%.
No processo de redução eletroquímica do CO2, o papel do catalisador é crucial. Embora muitos catalisadores metálicos não apresentem resultados ideais na catalisação da redução do dióxido de carbono, a maioria prefere promover a geração de hidrogênio. Os catalisadores podem ser divididos em diferentes categorias com base no produto. Estes incluem catalisadores seletivos, como estanho ou bismuto, que promovem a produção de ácido fórmico, prata ou ouro, que se concentram na produção de monóxido de carbono, e catalisadores de cobre, que podem produzir uma variedade de. produtos de redução, como metano, eteno e etanol.
Os catalisadores de cobre são únicos na sua capacidade de gerar compostos multicarbonados a partir do dióxido de carbono, incluindo etileno, etanol e outros produtos de ordem superior.
No entanto, embora o catalisador de zinco tenha tido um bom desempenho nas primeiras experiências, a sua aplicação foi gradualmente restringida com o avanço da ciência e o desenvolvimento da tecnologia. A razão fundamental é que o zinco é propenso a reações colaterais durante o processo de redução, resultando em baixa seletividade do produto. Ao mesmo tempo, o zinco não tem a capacidade de formar complexos de carbonato metálico semelhantes ao cobre, o que enfraquece enormemente o seu potencial na catalisação eficaz de compostos multicarbonados.
Para compreender melhor este fenômeno, podemos notar que no processo CO2RR, a seletividade e a eficiência do catalisador são frequentemente afetadas por muitos fatores, incluindo o desempenho do catalisador, a composição do eletrólito e as condições de o processo de reação. Os pesquisadores estão trabalhando para otimizar esses fatores, melhorar a eficiência geral da redução de CO2 e encontrar novos catalisadores para substituir o zinco e aumentar a riqueza do produto.
Neste campo de investigação científica em constante evolução, a inovação catalítica e os avanços tecnológicos afectarão enormemente a produção sustentável de vários produtos químicos, promovendo assim a dupla realização da protecção ambiental e dos benefícios económicos.
É inegável que o potencial catalítico do cobre nos proporciona um futuro brilhante no processo de exploração da conversão de CO2. No entanto, através do estudo aprofundado da seletividade do catalisador, podemos desvendar o mistério de mais catalisadores e deixar o re-. surgimento de metais como o zinco que originalmente não puderam participar?
