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Sáb., Mar.
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Na direcção combustíveis líquidos a partir de dióxido de carbono

Química
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Na busca por fontes de energia e de combustíveis alternativos sustentáveis, uma solução viável pode ser a conversão do dióxido de gases de efeito estufa de carbono (CO2) em combustíveis líquidos.

 

Através da fotossíntese, as plantas convertem a luz solar, água e CO2 em açúcares, multicarbon moléculas que os processos de combustível celular. CO2 é, portanto, tanto o precursor para os combustíveis fósseis que são centrais para a vida moderna, bem como o subproduto da queima desses combustíveis. A capacidade de gerar combustíveis líquidos sintéticos estáveis, de precursores de carbono oxigenados, como o CO2 e monóxido de carbono (CO) é uma reminiscência de fotossíntese na natureza e é uma transformação que é desejável em sistemas artificiais. Durante cerca de um século, um método químico conhecido como o processo de Fischer-Tropsch tem sido utilizada para converter o gás hidrogénio (H2) e de CO para combustíveis líquidos. No entanto, o seu mecanismo não é bem compreendida e, em contraste com a fotossíntese, o processo requer pressões elevadas (a partir de 1 a 100 vezes a pressão atmosférica) e temperaturas (100-300 graus Celsius).

Mais recentemente, têm sido relatados químicas alternativos de conversão para a produção de combustíveis líquidos a partir de precursores de carbono oxigenados. Usando electrocatalisadores cobre, CO e CO2 podem ser convertidos em produtos multicarbon. O processo prossegue sob condições suaves, mas como ele ocorre permanece um mistério.

Agora, o professor de química Caltech Theo Agapie e seu aluno de pós-graduação Joshua Buss ter desenvolvido um sistema modelo para demonstrar o que os passos iniciais de um processo para a conversão de CO para hidrocarbonetos pode parecer.

Os resultados, publicados como uma publicação em linha avançada para a revista Nature em 21 de Dezembro, 2015 (e que aparecem na imprensa em 7 de Janeiro, 2016), fornecem uma base para o desenvolvimento de tecnologias que podem um dia ajudar a neutralizar os efeitos negativos da acumulação atmosférica da estufa de gás CO2, convertendo-lo de volta em combustível. Embora existam métodos para transformar o CO2 em CO, um próximo passo crucial, a desoxigenação de moléculas de CO e o seu acoplamento para formar ligações C-C, é mais difícil.

No seu estudo, Agapie e Buss sintetizado um novo complexo de metal de transição-um átomo de metal, neste caso de molibdénio, ligados por uma ou mais moléculas de suporte conhecidas como ligantes que podem facilitar a activação e clivagem de uma molécula de CO. Uma redução incremental da molécula conduz ao enfraquecimento substancial das ligações C-O de CO. Uma vez enfraquecido, a ligação é quebrada inteiramente através da introdução de electrófilos sililo, uma classe de reagentes contendo silício que podem ser usados ​​como substitutos para protões.

Esta clivagem resulta na formação de um carboneto de-um único átomo de carbono terminal ligado a um centro de metal-que subsequentemente faz uma ligação com a segunda molécula de CO coordenados ao metal. Embora um carboneto é comumente proposto como um intermediário na redutiva acoplamento CO, esta é a primeira demonstração directa de seu papel neste tipo de química, os pesquisadores. Após a formação da ligação C-C, o centro metálico liberta o produto C2. Em geral, este processo converte as duas unidades do co a um derivado etinol e prossegue facilmente, mesmo a temperaturas mais baixas que a temperatura ambiente.

"Para o nosso conhecimento, este é o primeiro exemplo de uma reação bem definida que pode ser de duas moléculas de monóxido de carbono e convertê-los em um derivado etinol livre de metal, uma molécula relacionada com etanol; o fato de que nós podemos liberar o produto C2 a partir de o metal é importante ", diz Agapie.

Embora o derivado de etinol gerado não é útil como um combustível, que representa um passo para ser capaz de gerar multicarbon combustíveis sintéticos a partir de dióxido de carbono. Os investigadores estão agora a aplicar o conhecimento obtido neste estudo inicial para melhorar o processo. "Idealmente, a nossa visão vai facilitar o desenvolvimento de sistemas práticos catalíticos", diz Buss.

Os cientistas também estão trabalhando em uma maneira de clivar a ligação C-O utilizando prótons em vez de eletrófilos sililo. "Em última análise, nós gostaríamos de usar prótons de água e electrões equivalentes derivados de luz solar", diz Agapie. "Mas prótons são muito reativos, e agora não podemos controlar essa química".