Estudo computacional do CINE contribui ao desenvolvimento de catalisadores mais seletivos para transformação de CO2 em matérias-primas para a indústria
05 de março de 2021
05 de março de 2021

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Lucas Garcia Verga
USP, Brasil

Conhecido pela sigla CCUS, o conceito de “Carbon Capture, Utilization and Storage” engloba os processos e tecnologias que visam reduzir a concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera mediante o armazenamento seguro desse gás do efeito estufa ou por meio da sua transformação em outras moléculas que possam ser usadas como matéria-prima para a fabricação de combustíveis e outros produtos.

Em artigo científico recentemente publicado, pesquisadores do CINE apresentam uma contribuição a esse conjunto de tecnologias; mais precisamente, à redução eletroquímica de CO2, processo usado para transformar dióxido de carbono em compostos de interesse industrial como o monóxido de carbono (CO) ou o ácido fórmico (HCOOH).

“Para que esse processo ocorra de maneira eficiente e seja financeiramente viável, um dos desafios que precisam ser superados é o desenvolvimento de catalisadores para a redução de CO2 que sejam mais ativos, seletivos (capazes de formar majoritariamente um produto de interesse) e duráveis”, conta o pós-doc Lucas Garcia Verga, primeiro autor do artigo. Nesse contexto, os catalisadores de cobre (Cu), material de baixo custo e baixo impacto ambiental, destacam-se por gerar, com eficiência, moléculas de interesse industrial. Entretanto, essa seletividade e eficiência não são constantes – mudam significativamente entre diferentes catalisadores de cobre ou entre regiões distintas do mesmo catalisador.

Utilizando simulações baseadas na Teoria do Funcional da Densidade, Lucas e os outros autores do artigo tentaram entender de que maneira as diferenças estruturais da superfície do cobre alteram as reações envolvidas na transformação do CO2, afetando o desempenho dos catalisadores. “Nosso estudo mostrou que bifurcações nos caminhos de reação podem acontecer em um mesmo tipo de catalisador (o de cobre) somente alterando propriedades estruturais (o nível de coordenação dos átomos)”, diz Lucas.

Além de explicar as mudanças observadas experimentalmente na atividade e seletividade dos catalisadores de cobre, o artigo traz contribuições ao desenvolvimento do método computacional utilizado. Finalmente, os resultados da pesquisa devem ajudar a desenvolver superfícies de cobre capazes de gerar, de forma controlada, produtos específicos a partir do CO2.

O trabalho, coordenado pelo professor Juarez L. F. Da Silva (IQSC-USP), pesquisador do Programa de Ciência Computacional de Materiais e Química do CINE, foi realizado dentro do projeto de pós-doutorado de Lucas Verga com colaboração do doutor Paulo C. D. Mendes e da doutoranda Vivianne K. Ocampo – Restrepo.

Referência do artigo

The Role of Site Coordination on the CO2 Electro reduction Pathway on Stepped and Defected Copper Surfaces. L. Garcia Verga, P. C. D. Mendes, V. K. Ocampo-Restrepo and J. L. F. Da Silva, Catal. Sci. Technol., 2021, DOI: 10.1039/D0CY02337J.

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Lucas Garcia Verga
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