Pesquisadores da Xiamen University Malaysia e colaboradores apresentaram um método eletroquímico que converte simultaneamente dióxido de carbono e álcoois em produtos de interesse industrial, reduzindo o consumo de energia e ampliando a utilidade de ambos os eletrodos de uma única célula.
Como funciona
O dispositivo associa a redução de CO₂ no cátodo à oxidação de álcoois no ânodo, substituindo a tradicional evolução de oxigênio, processo energeticamente intenso e de baixo valor agregado. O núcleo da inovação é um catalisador híbrido formado por nanesferas de óxido de cobre-bismuto dopado com enxofre (S-CuBi₂O₄) apoiadas em óxido de grafeno reduzido dopado com nitrogênio (NrGO).
Desempenho na redução de CO₂
No cátodo, o material atinge eficiência faradaica superior a 92 % para produtos multicarbonados (C₂+) a –1,1 V versus eletrodo de hidrogênio reversível, mantendo estabilidade por mais de 200 horas a –50 mA cm–2. Espectroscopia in situ e cálculos teóricos mostram que o enxofre reduz a barreira de energia para formação e dimerização de CO adsorvido, favorecendo a criação de ligações C–C.
Oxidação de álcoois no ânodo
No ânodo, o mesmo catalisador promove a oxidação de metanol, etanol, álcool benzílico e álcool furfurílico. Estes dois últimos geraram principalmente benzaldeído e furfural, com declives de Tafel de cerca de 37 mV dec–1 e operação estável por 12 horas. A reação requer menor potencial do que a evolução de oxigênio, contribuindo para reduzir a tensão total da célula.
Operação combinada
Ao unir as duas reações, o eletrolisador alcançou densidade de corrente elevada, economia de carbono acima de 34 % para produtos C₂+ e funcionamento contínuo sem perda de desempenho significativo. Em testes com um painel solar comercial sob iluminação de um sol, a célula operou a cerca de 2,38 V, mantendo ~40 mA cm–2. A eficiência solar-combustível foi de aproximadamente 16 % para a redução de CO₂ e entre 3 % e 4 % para a oxidação de álcoois.
Estrutura e mecanismos
Microscopia eletrônica confirmou nanesferas de ~25 nm distribuídas sobre as folhas de NrGO. Difração de raios X indicou fase única de CuBi₂O₄, enquanto espectroscopias de superfície revelaram aumento da fração Cu+ e de vacâncias de oxigênio após a dopagem com enxofre. Esses ajustes eletrônicos ampliam a adsorção de intermediários reacionais e aceleram a transferência de carga.
Imagem: pairing carb dioxide reducti with al
Segundo o professor Wee-Jun Ong, o trabalho “demonstra uma rota prática para produção seletiva de produtos valiosos, reduzindo simultaneamente CO₂ e oxidando álcoois, com forte diminuição do consumo energético”.
O estudo foi publicado em 4 de novembro de 2025 na revista Angewandte Chemie International Edition.
Com informações de Nanowerk
