Electrocatálise com dupla funcionalidade
Uma visão geral
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Os electrocatalisadores híbridos podem produzir simultaneamente hidrogénio verde, por exemplo, e compostos orgânicos valiosos. Isto promete aplicações economicamente viáveis. No entanto, as complexas reacções catalíticas envolvidas na produção de compostos orgânicos ainda não são totalmente compreendidas. Os métodos modernos de raios X em fontes de sincrotrão, como o BESSY II, permitem que os materiais catalisadores e as reacções que ocorrem nas suas superfícies sejam analisados em tempo real, in situ e em condições reais de funcionamento. Isto permite obter informações que podem ser utilizadas para uma otimização orientada. Uma equipa publicou agora uma panorâmica do estado atual dos conhecimentos na revista Nature Reviews Chemistry.
Com métodos in situ em fontes de sincrotrão, as reacções complexas de oxidação orgânica em catalisadores podem ser analisadas em tempo real.
© Debabrata Bagchi / HZB
Os electrolisadores de água híbridos são dispositivos recentes que produzem hidrogénio ou outros produtos de redução no cátodo, enquanto no ânodo se formam valiosos produtos de oxidação orgânica. Esta abordagem inovadora aumenta significativamente a rentabilidade da produção de hidrogénio. Outra vantagem é o facto de as reacções de oxidação orgânica (OOR) para a produção de compostos valiosos serem bastante amigas do ambiente, em comparação com os processos de síntese convencionais, que frequentemente requerem reagentes agressivos. No entanto, as reacções de oxidação orgânica são muito complexas, envolvendo múltiplos estados de oxidação do catalisador, transições de fase, produtos intermédios, a formação e dissolução de ligações e uma seletividade variável dos produtos. A investigação sobre a OOR está ainda a dar os primeiros passos.
Revisão do estado da arte
Na revista Nature Reviews Chemistry, uma equipa de peritos liderada pelo Dr. Prashanth Menezes (HZB) e pelo Prof. Matthias Driess (Universidade Técnica de Berlim) apresenta uma panorâmica abrangente deste excitante campo de investigação. Explicam métodos e técnicas avançados disponíveis em fontes de sincrotrão como o BESSY II, onde reacções complexas podem ser analisadas em tempo real e in situ.
A panorâmica abrange várias reacções catalíticas, incluindo a oxigenação de álcoois e aldeídos, a desidrogenação de aminas, a degradação da ureia e reacções de acoplamento. Os autores apresentam os métodos mais úteis para compreender os complexos mecanismos de reação, como a absorção de raios X, a espetroscopia Raman e de infravermelhos e a espetrometria de massa eletroquímica diferencial. Os métodos in situ revelam alterações estruturais no catalisador, enquanto as técnicas operando monitorizam tanto a estrutura como a atividade em condições reais de funcionamento. Estes métodos podem ser utilizados para explorar todos os tipos de sistemas catalíticos ou de reação química para obter informações sobre o comportamento dos catalisadores e das reacções em condições de funcionamento. A revisão contém também um capítulo sobre métodos de aprendizagem automática para avaliar grandes conjuntos de dados.
Esta revisão tem como objetivo aumentar a sensibilização para este empolgante domínio de investigação e incentivar os cientistas a combinarem diferentes técnicas de análise. Isto irá promover a compreensão das reacções catalíticas heterogéneas e acelerar o desenvolvimento de electrocatalisadores híbridos eficientes como uma tecnologia química verde sustentável", afirma Menezes.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
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