A mudança climática é uma preocupação ambiental global. Uma grande contribuição para a mudança climática vem da queima excessiva de combustíveis fósseis. Eles produzem dióxido de carbono (CO2), um gás de efeito estufa responsável pelo aquecimento global. Diante disso, os governos em todo o mundo estão elaborando políticas para reduzir essas emissões de carbono. No entanto, apenas reduzir as emissões de carbono pode não ser suficiente. Gerenciar o dióxido de carbono gerado também é necessário.
Nesta frente, os cientistas sugeriram a conversão química de CO2 em compostos de valor agregado, como metanol e ácido fórmico (HCOOH). A produção deste último requer uma fonte de íon hidreto (H–), que é equivalente a um próton e dois elétrons. Por exemplo, o dinucleotídeo de nicotinamida adenina (NAD+/NADH) par redução-oxidação é um hidreto (H–) gerador e reservatório em sistemas biológicos.
Diante desse cenário, um grupo de pesquisadores liderados pelo professor Hitoshi Tamiaki, da Universidade de Ritsumeikan, no Japão, desenvolveu um novo método químico que reduz o CO2 para HCOOH usando NAD+Complexos de rutênio tipo /NADH. Seu trabalho foi publicado na revista ChemSusChem em 13 de janeiro de 2023.
Prof. Tamiaki explica a motivação por trás de sua pesquisa. “Recentemente, um complexo de rutênio com NAD+ modelo — [Ru(bpy)2(pbn)](PF6)2 — mostrou sofrer redução fotoquímica de dois elétrons. Produziu o correspondente complexo do tipo NADH [Ru(bpy)2(pbnHH)](PF6)2 sob irradiação de luz visível na presença de trietanolamina em acetonitrila (CH3CN)”, ele elabora. “Além disso, o borbulhamento de CO2 no [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ solução regenerada [Ru(bpy)2(pbn)]2+ e produziu íon formato (HCOO–). No entanto, seu rendimento foi bastante baixo. Portanto, transferindo H– para CO2 exigiu um sistema catalítico melhorado.”
Consequentemente, os pesquisadores exploraram vários reagentes e condições de reação para facilitar o CO2 redução. Com base nesses experimentos, eles propuseram uma redução de dois elétrons fotoinduzida do [Ru(bpy)2(pbn)]2+/[Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ par redox na presença de 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-di-hidro-1H-benzo[d]imidazol (BIH). Além disso, a água (H2O), em vez de trietanolamina, em CH3CN melhorou ainda mais o rendimento.
Além disso, os pesquisadores exploraram o mecanismo de reação subjacente usando técnicas como ressonância magnética nuclear, voltametria cíclica e espectrofotometria UV-Vis. Com base nisso, eles propuseram o seguinte: primeiro, a fotoexcitação de [Ru(bpy)2(pbn)]2+ produz [RuIII(bpy)2(pbn•?)]2+* radical, que sofre redução por BIH para dar [RuII(bpy)2(pbn•?)]2+ e BIH•+. A seguir, H.2O protona o complexo de rutênio, gerando [Ru(bpy)2(pbnH•)]2+ e BI•. O produto obtido sofre desproporcionamento para gerar [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ e devolve [Ru(bpy)2(pbn)]2+. Então, o primeiro é reduzido por BI• para produzir [Ru(bpy)(bpy•?)(pbnHH)]+. Este complexo é um catalisador ativo e transfere H– para CO2produzindo HCOO– e ácido fórmico.
Os pesquisadores mostraram que a reação proposta demonstrou um alto número de rotatividade – moles de CO2 convertido por um mol de catalisador – de 63.
Animados com essas descobertas, os pesquisadores esperam desenvolver uma nova metodologia de conversão de energia (luz solar em energia química) para a produção de novos materiais renováveis.
“Nosso método também diminuiria a quantidade total de CO2 gás na Terra e ajudam a manter o ciclo do carbono. Assim, poderia reduzir o aquecimento global no futuro”, acrescenta o Prof. Tamiaki. “Além disso, a nova tecnologia de transferência de hidreto orgânico nos fornecerá compostos químicos de valor inestimável.”
Com informações de Science Daily.
