Pequenas flores de cobre 'florescem em folhas artificiais para produção de combustível limpo
Pequenos nano-fluxos de cobre foram anexados a uma folha artificial para produzir combustíveis e produtos químicos limpos que são a espinha dorsal da energia e da fabricação modernas.
Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge e da Universidade da Califórnia, Berkeley, desenvolveram uma maneira prática de fazer hidrocarbonetos – moléculas feitas de carbono e hidrogênio – alimentadas apenas pelo sol.
O dispositivo que eles desenvolveram combina uma 'folha' de absorção de luz feita a partir de um material de célula solar de alta eficiência chamado perovskite, com um catalisador de nanoflower de cobre, para converter dióxido de carbono em moléculas úteis. Ao contrário da maioria dos catalisadores metálicos, que só podem converter CO2 em moléculas de carbono único, as flores de cobre permitem a formação de hidrocarbonetos mais complexos com dois átomos de carbono, como etano e etileno – blocos de construção -chave para combustíveis líquidos, produtos químicos e plásticos.
Atualmente, quase todos os hidrocarbonetos resultam de combustíveis fósseis, mas o método desenvolvido pela equipe de Cambridge -Berkeley resulta em produtos químicos e combustíveis limpos feitos de CO2, água e glicerol – um composto orgânico comum – sem emissões adicionais de carbono. Os resultados são relatados no diário Catálise da natureza.
O estudo se baseia no trabalho anterior da equipe em folhas artificiais, que se inspiram na fotossíntese: o processo pelo qual as plantas convertem a luz solar em comida. “Queríamos ir além da redução básica de dióxido de carbono e produzir hidrocarbonetos mais complexos, mas isso requer significativamente mais energia”, disse o Dr. Virgil Andrei, do Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge, o principal autor do estudo.
Andrei, pesquisador do St. John's College, Cambridge, realizou o trabalho como parte do programa Winton Cambridge-Kavli Ensi Exchange no laboratório do professor Peidong Yang na Universidade da Califórnia, Berkeley.
Ao acoplar um absorvedor de luz de perovskita com o catalisador de nanoflower de cobre, a equipe conseguiu produzir hidrocarbonetos mais complexos. Para melhorar ainda mais a eficiência e superar os limites de energia da divisão de água, a equipe adicionou eletrodos de nanofios de silício que podem oxidar o glicerol. Esta nova plataforma produz hidrocarbonetos com muito mais eficiência – 200 vezes melhor do que os sistemas anteriores para dividir a água e o dióxido de carbono.
A reação não apenas aumenta o desempenho da redução de CO2, mas também produz produtos químicos de alto valor, como glicerado, lactato e formato, que têm aplicações em produtos farmacêuticos, cosméticos e síntese química.
“O glicerol é tipicamente considerado desperdício, mas aqui desempenha um papel crucial na melhoria da taxa de reação”, disse Andrei. “Isso demonstra que podemos aplicar nossa plataforma a uma ampla gama de processos químicos além da conversão de resíduos. Ao projetar cuidadosamente a área de superfície do catalisador, podemos influenciar quais produtos geramos, tornando o processo mais seletivo”.
Enquanto a seletividade atual de CO2 para hidrocarboneto permanece em torno de 10%, os pesquisadores estão otimistas em melhorar o design do catalisador para aumentar a eficiência. A equipe prevê aplicar sua plataforma a reações orgânicas ainda mais complexas, abrindo portas para inovação na produção química sustentável. Com melhorias contínuas, esta pesquisa pode acelerar a transição para uma economia circular e neutra em carbono.
“Este” combinando a experiência de Cambridge e Berkeley, desenvolvemos um sistema que pode remodelar a maneira como produzimos combustíveis e produtos químicos valiosos de forma sustentável “.
A pesquisa foi apoiada em parte pelo programa Winton para a física da sustentabilidade, o St. John's College, o Departamento de Energia dos EUA, o Conselho Europeu de Pesquisa e a Pesquisa e Inovação do Reino Unido (UKRI).
Referência:
Virgil Andrei et al. 'Síntese solar de hidrocarboneto solar C2 acionado por perovskita a partir de CO2'. Catálise da natureza (2025). Doi: 10.1038/s41929-025-01292-y
