Um novo estudo de cientistas da Universidade de Yale e da Universidade do Missouri mostra que catalisadores feitos com manganês podem converter eficientemente o dióxido de carbono em formiato. O manganês é amplamente disponível e de baixo custo, tornando-o uma alternativa atraente a metais caros. O formiato é considerado um material promissor para armazenar hidrogênio, o que poderia ajudar a alimentar a próxima geração de células de combustível.
A pesquisa foi publicada no jornal Chem. Os autores principais são o pesquisador de pós-doutorado da Yale, Justin Wedal, e o assistente de pesquisa de graduação da Universidade do Missouri, Kyler Virtue. Os autores seniores incluem o professor de Yale, Nilay Hazari, e o professor da Universidade do Missouri, Wesley Bernskoetter.
Por que as Células de Combustível de Hidrogênio Importam
As células de combustível de hidrogênio funcionam convertendo a energia química do hidrogênio em eletricidade, de maneira semelhante ao funcionamento de uma bateria. Embora a tecnologia tenha potencial para energia limpa, a adoção em larga escala tem sido limitada pela dificuldade e custo de produzir e armazenar hidrogênio de forma eficiente.
“A utilização de dióxido de carbono é uma prioridade no momento, enquanto buscamos por materias químicas renováveis para substituir aquelas derivadas de combustíveis fósseis”, disse Hazari, o Professor John Randolph Huffman de Química e presidente do departamento de química na Yale’s Faculty of Arts and Sciences (FAS).
Formiato como Transportador de Hidrogênio
O ácido fórmico, a forma protonada do formiato, já é produzido em escala industrial. É comumente usado como conservante, agente antibacteriano e na curtimento de couro. Muitos cientistas também o veem como uma fonte prática de hidrogênio para células de combustível, desde que possa ser produzido de maneira sustentável e eficiente.
Atualmente, a maior parte da produção industrial de formiato depende de combustíveis fósseis, o que limita seus benefícios ambientais a longo prazo. Os pesquisadores afirmam que uma alternativa mais limpa seria produzir formiato diretamente do dióxido de carbono presente no ar. Essa abordagem reduziria os níveis de gases de efeito estufa e criaria um produto químico útil.
O Desafio do Catalisador
Transformar dióxido de carbono em formiato requer um catalisador, e esse tem sido um grande obstáculo. Muitos dos catalisadores mais eficazes desenvolvidos até agora dependem de metais preciosos que são caros, escassos e muitas vezes tóxicos. Metais mais abundantes tendem a se degradar rapidamente, o que reduz sua capacidade de impulsionar a reação química.
Como o Manganês Superou as Expectativas
A equipe de pesquisa desenvolveu uma nova estratégia para superar esse problema. Ao redesenhar a estrutura do catalisador, eles conseguiram prolongar significativamente a vida útil dos catalisadores à base de manganês. Como resultado, esses catalisadores apresentaram desempenho superior à maioria das alternativas feitas com metais preciosos.
De acordo com os pesquisadores, a principal melhoria veio da adição de um átomo doador extra ao design do ligante (ligantes são átomos ou moléculas que se ligam a um átomo de metal e influenciam a reatividade). Essa mudança ajudou a estabilizar o catalisador e manter sua eficácia.
“Estou animado para ver o design do ligante trazer resultados tão significativos”, disse Wedal.
Implicações Mais Amplas para a Química Limpa
A equipe acredita que essa abordagem pode ser aplicada além da conversão de dióxido de carbono. Princípios de design semelhantes podem melhorar catalisadores usados em outras reações químicas, potencialmente expandindo o impacto do trabalho.
Os pesquisadores da Yale, Brandon Mercado e Nicole Piekut, também contribuíram para o estudo. O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos EUA.
