A emissão desenfreada do dióxido de carbono (CO2) tem transformado o gás que faz da Terra um lugar habitável em um dos vilões que estão desencadeando o aquecimento global e, consequentemente, as mudanças climáticas, o que faz com que os cientistas busquem novas estratégias para redução da quantidade desse gás na atmosfera. Algumas das alternativas mais promissoras, nesse sentido, são os processos de conversão do gás em outros compostos, como o metanol e o etanol, por exemplo. Essa estratégia, além de minimizar o problema ambiental, também pode gerar retorno econômico.
A busca por materiais que possam ser empregados nesses processos é o objetivo central de uma das recentes publicações do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF). A pesquisa, intitulada “All-solution processed CuGaS2-based photoelectrodes for CO2 reduction” e publicada no periódico Journal of CO2 Utilization, conta com a primeira autoria da pesquisadora Juliana Ferreira de Brito, vinculada ao Centro e docente substituta do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (DQ – UFSCar).
Brito conta que na pesquisa relatada no artigo o catalisador empregado no processo fotoeletroquímico foi desenvolvido a partir de um spray usando tinta molecular. Um método simples e rápido em que uma solução líquida contendo os reagentes necessários para a formação do catalisador é transferida para um substrato por meio de um spray.
“Essa foi a primeira vez que um material a base de calcopiritas ternárias (CuGaS2) foi preparado por meio de métodos de spray e empregado na redução de CO2 obtendo álcoois como produtos, o que abre uma nova linha de materiais a serem utilizados nessa linha de pesquisa”, explica a pesquisadora.
Durante o processo de pesquisa foi possível observar que a dopagem do CuGaS2 (seleneto de cobre e gálio) com In (índio) e Bi (bismuto) não afetou significativamente as camadas absorvedoras, no entanto a presença desses metais na estrutura da calcopirita pode ter originado defeitos em sua estrutura cristalina que são capazes de perturbar o mecanismo de recombinação, o desempenho final da redução fotoeletrocatalítica de CO2 e a estabilidade do fotocátodo.
Quanto à reação fotoeletroquímica de redução de CO2, etapa central do estudo, Brito explica que o principal produto alcançado foi o metanol, apesar do etanol e acetona também serem identificados em pequenas concentrações. A partir da presença desses últimos produtos, foi possível associar as menores taxas de produção às reações fotoeletrocatalíticas com os fotocátodos abrigando as camadas absorventes dopadas com In e Bi.
“Por outro lado, a seletividade em relação ao metanol aumentou com os fotocátodos contendo CuGaS2 dopado com Bi e In. Esses promoveram fotogeração efetiva de pares elétron-buraco com baixa taxa de recombinação, rápida transferência de carga e sítios de reação disponíveis na superfície do catalisador para desenvolver a redução de CO2, sendo promissor para a produção de metanol, etanol e acetona sob iluminação (100 mW cm-2) por 240 min no potencial aplicado de -0,7 V”, detalha.
Também são autores do artigo os pesquisadores Marcos Antonio Santana Andrade Jr, Maria Valnice Boldrin Zanoni e Lucia Helena Mascaro.
O artigo pode ser acessado no repositório do CDMF clicando AQUI.
CDMF
O CDMF, sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepids) apoiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), e recebe também investimento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a partir do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia dos Materiais em Nanotecnologia (INCTMN).
