Pesquisadores da Universidade de Nanquim desenvolveram um método sustentável para produzir ácido acético, um ingrediente-chave em várias indústrias, incluindo alimentos, medicamentos e agricultura. Comparado aos métodos tradicionais, o novo processo reduz significativamente o consumo de energia e a geração de resíduos perigosos. O estudo detalhando essa inovação é publicado em Futuro do Carbono.
A pesquisa detalha um novo método para produzir acetato por meio da eletrorredução de dióxido de carbono usando um catalisador de polianilina e nanopartículas de óxido de cobalto.
O catalisador de polianilina com nanopartículas de óxido de cobalto tem dois componentes – polianilina como um materials contínuo e óxido de cobalto como nanopartículas dispersas na polianilina. Esta estrutura cooperativa produz um catalisador altamente seletivo que pode produzir acetato durante a eletrorredução de dióxido de carbono. O óxido de cobalto é responsável por produzir o intermediário de monóxido de carbono e então passá-lo para a polianilina, onde o acetato é formado pela eletrorredução.
Liwen Wang, Professora, Escola de Química e Engenharia Química, Universidade de Nanquim
A polianilina é um polímero condutor que provou ser um catalisador altamente seletivo usado na produção de outros produtos de carbono. Este trabalho examina a função da polianilina e o mecanismo de eletrorredução de dióxido de carbono através da superfície da polianilina. Uma maior concentração de monóxido de carbono na polianilina melhora o acoplamento carbono-carbono na superfície do catalisador. A adição de nanopartículas de óxido de cobalto como um catalisador adicional produz uma reação tandem altamente seletiva de acetato.
Esta configuração facilita uma concentração native mais alta de monóxido de carbono sobre a polianilina e melhora o acoplamento carbono-carbono. O materials de polianilina não metálico pode fornecer excelente desempenho em eletrocatalisadores.
Liwen Wang, Professora, Escola de Química e Engenharia Química, Universidade de Nanquim
Wang continuou descrevendo a maneira como as nanopartículas de óxido de cobalto e o materials de polianilina funcionavam juntos.
Wang continuou: “A polianilina fornece locais ativos disponíveis para aumentar o acoplamento carbono-carbono, enquanto as nanopartículas de óxido de cobalto oferecem um grande número de intermediários de monóxido de carbono.”
Os pesquisadores também prepararam duas amostras de controle: um catalisador de polianilina sem óxido de cobalto e um catalisador de óxido de cobalto; estes foram usados para avaliar o desempenho do catalisador de polianilina/óxido de cobalto. Os depósitos de nanopartículas de óxido de cobalto eram uniformes, e a cristalização do catalisador de polianilina/óxido de cobalto foi aprimorada, resultando em tamanhos de cristais maiores.
Além disso, o revestimento de polianilina aumentou a área de superfície, o que implicava que provavelmente havia mais locais para a eletroconversão de dióxido de carbono. O catalisador de polianilina/óxido de cobalto tinha mais vacâncias de oxigênio, que prendem o dióxido de carbono e permitem as transferências próton-elétron necessárias para a transformação, de acordo com um teste de medição de ressonância pragmática de elétrons (EPR).
Mais experimentos foram conduzidos para verificar que o desempenho aprimorado do catalisador de polianilina/óxido de cobalto não period devido somente à presença de óxido de cobalto ou polianilina. Period a natureza sinérgica da polianilina e do óxido de cobalto.
No futuro, os cientistas pretendem continuar aprimorando o desempenho sinérgico do óxido de cobalto e da polianilina neste catalisador.
“O próximo passo é otimizar o sistema de catalisador, aumentando o efeito tandem para melhor desempenho. O objetivo remaining é a eletrossíntese direta de acetato usando dióxido de carbono e água como matérias-primas”, disse Wang.
Referência do periódico:
Wang, L., e outros. (2024) CO2 eletrorredução para acetato por efeitos tandem aprimorados do intermediário de superfície sobre Co3O4 catalisador de polianilina suportado. Futuro do Carbono. doi.org/10.26599/CF.2024.9200013.