E se pudéssemos revitalizar os resíduos de dióxido de carbono?
A KIMS e a KAIST desenvolveram um processo de síntese de catalisadores e uma tecnologia de controlo de precisão para maximizar a eficiência da conversão de dióxido de carbono
À medida que a gravidade das alterações climáticas e as emissões de carbono se tornam um problema global, são urgentemente necessárias tecnologias para converter o dióxido de carbono (CO₂) em recursos como combustíveis e compostos químicos. A equipa de investigação do Dr. Dahee Park do Departamento de Investigação de Nanomateriais do Instituto de Ciência dos Materiais da Coreia (KIMS), em colaboração com a equipa do Professor Jeong-Young Park do Departamento de Química do KAIST, desenvolveu uma tecnologia de catalisadores que aumenta significativamente a eficiência da conversão de dióxido de carbono(CO2).
Representação esquemática da reação de conversão de CO2 melhorada através dos efeitos de sinergia de catalisadores duplos de átomo único
Korea Institute of Materials Science (KIMS)
As tecnologias convencionais para a conversão de dióxido de carbono(CO2) têm problemas de comercialização devido à sua baixa eficiência em relação ao seu elevado consumo de energia. Em particular, os catalisadores de átomo único (SACs) sofrem de processos de síntese complexos e de dificuldades em manter uma ligação estável com suportes de óxido metálico, que são críticos para estabilizar as partículas do catalisador e melhorar a sua durabilidade. Em consequência, o desempenho destes catalisadores tem sido limitado até à data.
Para ultrapassar estas limitações, a equipa de investigação desenvolveu tecnologias para catalisadores de átomo único e duplo (DSAC) e introduziu um processo simplificado para melhorar a eficiência do catalisador. Este processo utiliza as interações electrónicas entre os metais nos catalisadores duplos de átomo único (DSAC), resultando em taxas de conversão mais elevadas e numa excelente seletividade (a capacidade de um catalisador para controlar a produção dos produtos desejados) em comparação com as tecnologias existentes.
Esta tecnologia baseia-se numa abordagem de conceção do catalisador que controla com precisão as lacunas de oxigénio e as estruturas defeituosas nos suportes de óxido de metal, melhorando significativamente a eficiência e a seletividade das reacções de conversão do dióxido de carbono(CO2). As vacâncias de oxigénio facilitam a adsorção deCO2 na superfície do catalisador, enquanto os catalisadores com um ou dois átomos simples suportam a adsorção de hidrogénio (H2). O efeito combinado de vacâncias de oxigénio, átomos simples e átomos simples duplos permite a conversão eficaz deCO2 com H2 nos compostos desejados. Os catalisadores de átomo único duplo (DSAC) utilizam interações electrónicas entre dois átomos de metal para controlar ativamente a via de reação e maximizar a eficiência.
A equipa de investigação utilizou o método de pirólise por pulverização assistida por aerossol para sintetizar catalisadores num processo simplificado, demonstrando o seu potencial para a produção em massa. Neste processo, os materiais líquidos são convertidos em aerossóis (partículas finas semelhantes a névoas) e introduzidos numa câmara aquecida onde o catalisador é formado sem etapas intermédias complexas. Este método permite uma distribuição uniforme dos átomos de metal dentro do suporte de óxido de metal e um controlo preciso das estruturas defeituosas. Ao controlar com precisão estas estruturas de defeitos, a equipa conseguiu formar catalisadores estáveis de átomo único e duplo (DSAC). Utilizando DSACs, conseguiram reduzir a utilização de catalisadores de átomo único em cerca de 50%, obtendo simultaneamente mais do dobro daeficiência de conversão de CO2 em comparação com os métodos convencionais e uma seletividade excecionalmente elevada de mais de 99%.
Esta tecnologia pode ser aplicada em vários domínios, como a síntese de combustíveis químicos, a produção de hidrogénio e a indústria das energias limpas. Além disso, o método de síntese do catalisador (pirólise por pulverização assistida por aerossol) é muito promissor para comercialização devido à sua simplicidade e elevada eficiência de produção.
O Dr. Dahee Park, o investigador principal, explicou: "Esta tecnologia representa um avanço significativo na melhoria drástica do desempenho dos catalisadores para aconversão de CO2, permitindo simultaneamente a comercialização através de um processo simplificado. Espera-se que venha a servir como tecnologia de base para alcançar a neutralidade carbónica". O Professor Jeong-Young Park do KAIST acrescentou: "Esta investigação fornece um método relativamente simples para a síntese de um novo tipo de catalisador de átomo único que pode ser utilizado em várias reacções químicas. Fornece também uma base crucial para o desenvolvimento de catalisadores para a decomposição e utilização doCO2, que é uma das áreas de investigação mais urgentes para combater o aquecimento global causado pelos gases com efeito de estufa".
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Publicação original
Dahee Park, Seunghwa Hong, Jaebeom Han, YongJoo Kim, Minhee Park, Byunghyun Lee, Yejin Song, Hye Young Koo, Sangsun Yang, Won Bo Lee, Jeong Young Park; "Insights into the synergy effect in dual single-atom catalysts on defective CeO2 under CO2 hydrogenation"; Applied Catalysis B: Environment and Energy, Volume 365
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