Uma estratégia para multar

Recurso de 3 de novembro de 2022

por Ingrid Fadelli, Phys.org

Nos últimos anos, muitos engenheiros e cientistas de materiais têm tentado desenvolver soluções de energia sustentável que possam ajudar a mitigar as mudanças climáticas na Terra. Isso inclui tecnologias de captura de carbono, especificamente projetadas para capturar ou absorver dióxido de carbono (CO2) em locais onde ele é amplamente produzido, como usinas de geração de energia ou instalações industriais que dependem de biomassa ou queima de combustíveis fósseis.

Embora algumas soluções de captura de carbono tenham alcançado resultados promissores, aquelas baseadas em métodos convencionais de depuração química úmida utilizando aminas sp3 geralmente consomem muita energia e são propensas à corrosão e à degradação do sorvente. Isso limita significativamente sua implementação generalizada, destacando a necessidade de estratégias alternativas de separação de CO2.

Pesquisadores da Universidade Johns Hopkins, da Universidade do Texas em Austin e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) introduziram recentemente uma série de bases de Lewis redox-ajustáveis ​​(isto é, moléculas com um par solitário de elétrons que podem ser doados para uma ligação covalente coordenada ) com centros de nitrogênio sp2 que podem capturar e liberar CO2 reversivelmente. Em seu artigo, publicado na Nature Energy, eles também descrevem estratégias para ajustar as propriedades dessas bases de Lewis.

"Demonstramos uma biblioteca de bases de Lewis redox-ajustáveis ​​com centros de nitrogênio sp2 que podem capturar e liberar dióxido de carbono reversivelmente por meio de um ciclo eletroquímico", escreveram Xing Li, Xunhua Zhao, Yuanyue Liu, T. Alan Hatton e Yayuan Liu em seu artigo. . "O mecanismo do processo de captura de carbono é elucidado por meio de uma abordagem experimental e computacional combinada."

O trabalho recente dos pesquisadores baseia-se na ideia de que, devido à sua afinidade com o CO2, as bases de Lewis com centros de nitrogênio sp2 redox-ativos podem ser moduladas usando potenciais eletroquímicos, permitindo o desenvolvimento de soluções alternativas e mais eficazes de captura de carbono. Para verificar essa hipótese, os pesquisadores compilaram uma biblioteca de bases orgânicas contendo centros de nitrogênio sp2, incluindo piradina, diazina, tiadizole e porções azo.

“Enquanto na forma oxidada, nenhum desses compostos mostra fortes interações com o CO2”, escreveram os pesquisadores em seu artigo. "No entanto, sua eletro-redução e subsequente comportamento de oxidação podem ser drasticamente modulados pela presença de CO2 no eletrólito."

Li e seus colegas delinearam claramente o mecanismo que permite que os sorventes de base de Lewis capturem carbono em simulações computacionais e experimentos. Posteriormente, eles mostraram que as propriedades desses sorventes podem ser ajustadas (ou seja, adaptadas para usos específicos) usando métodos de design molecular e engenharia de eletrólitos. Ao ajustar as propriedades das bases de Lewis que eles criaram, os pesquisadores foram capazes de identificar uma base de Lewis particularmente promissora baseada na azopiridina bifuncional.

“Identificamos uma base de azopiridina bifuncional que é promissora para a captura de carbono mediada eletroquimicamente, exibindo mais de 85% de eficiência de utilização da capacidade em um sistema de fluxo sob 15% de dióxido de carbono com 5% de oxigênio”, escreveram Li e seus colegas em seu artigo. "Este trabalho amplia o escopo estrutural dos sorventes de dióxido de carbono redox-ativos e fornece diretrizes de design para moléculas com basicidade sintonizável sob condições eletroquímicas."

No futuro, a base de azopiridina bifuncional identificada por Li e seus colegas poderia ser usada para criar tecnologias de captura de carbono mais eficientes e eficazes em termos de energia. Além disso, seu trabalho pode abrir caminho para o desenvolvimento de outras soluções de captura de carbono baseadas em sorventes de base Lewis.

Mais Informações: Xing Li et al, bases de Lewis redox-ajustáveis ​​para captura eletroquímica de dióxido de carbono, Nature Energy (2022). DOI: 10.1038/s41560-022-01137-z