Os pesquisadores nos aproximaram um passo de aproveitar a energia do sol para converter dióxido de carbono em combustível líquido e outros produtos químicos valiosos.
Em uma publicação recente em Catálise da naturezaos pesquisadores estream um sistema de produção de carbono de carbono independente (C2) que combina o poder catalítico do cobre com a perovskita, um material usado em painéis solares fotovoltaicos.
Esse avanço se baseia em mais de 20 anos de pesquisa e aproxima a comunidade científica um passo para replicar a produtividade de uma folha verde da natureza.
Este trabalho faz parte de uma iniciativa maior, a Liquid Sunlight Alliance (LISA), que é um combustível do centro de inovação energética da luz solar financiada pelo Departamento de Energia dos EUA.
“A natureza era nossa inspiração”Diz Peidong Yang, cientista sênior do corpo docente da Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório Nacional do Laboratório Nacional do Departamento de Energia e uma Universidade da Califórnia, Professor de Química e Ciência de Materiais da Universidade de Berkeley envolvido no trabalho publicado.
“Tivemos que trabalhar primeiro nos componentes individuais, mas quando reunimos tudo e percebemos que foi bem -sucedido, foi um momento muito emocionante”.
Para construir um sistema que imita a fotossínteseYang e sua equipe seguiram os processos naturais que ocorrem na folha de uma planta. Cada componente individual dos elementos fotossintetizadores de uma folha tinha que ser replicado e refinado. Aproveitando a pesquisa das décadas, os cientistas usaram os fotoabsorores de perovskita de halogevskita para imitar a clorofila de absorção de luz de uma folha. E inspirados em enzimas que regulam a fotossíntese na natureza, eles projetaram eletrocatalisadores feitos de cobre que se assemelham a pequenas flores.
Experimentos anteriores tiveram sucesso fotossíntese replicada Através do uso de materiais biológicos, mas este trabalho incorporou um material inorgânico, cobre. Embora a seletividade do cobre seja menor que as alternativas biológicas, a inclusão de cobre apresenta uma opção mais durável, estável e mais duradoura para o design do sistema de folhas artificiais.
O trabalho liderado por pesquisadores do projeto LISA desenvolveu os componentes do cátodo e do ânodo do novo dispositivo. Os instrumentos da fundição molecular do Berkeley Lab permitiram que a equipe de Yang integrasse o dispositivo com contatos de metal. Durante os experimentos no laboratório de Yang, um simulador solar imitando um sol consistentemente brilhante foi usado para testar a seletividade do novo dispositivo.
As inovações anteriores em grupos de pesquisa permitiram que uma reação de oxidação orgânica ocorresse na câmara de fotoanodo e criou produtos C2 na câmara do fotocatode. Esse avanço criou uma arquitetura realista de folhas artificiais em um dispositivo do tamanho de um carimbo postal-converte o CO2 em uma molécula C2 usando apenas a luz solar.
Os produtos químicos C2 produzidos a partir deste dispositivo são ingredientes precursores para muitas indústrias que produzem produtos valiosos em nossas vidas cotidianas – de polímeros plásticos a alimentar veículos maiores que ainda não conseguem fugir de uma bateria, como um avião. Com base nesse marco fundamental da pesquisa, Yang agora tem como objetivo aumentar a eficiência do sistema e expandir o tamanho da folha artificial para começar a aumentar a escalabilidade da solução.
Este trabalho foi apoiado pelo Escritório de Ciências do DOE.
Fonte: UC Berkeley