Catalisador sem metal é mais um passo rumo à fotossíntese artificial

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/03/2007

Os químicos sempre invejaram as plantas. Em primeiro lugar porque elas conseguem fixar o hidrogênio e, mais particularmente, porque elas são capazes de capturar o dióxido de carbono do ar e convertê-lo em energia. É por isso que há muito tempo, esses pesquisadores tentam criar sua própria fotossíntese artificial.

Agora, a equipe do Dr. Markus Antonietti, do Instituto Max Planck, Alemanha, deu um passo importante nesse sentido. Ele e sua equipe conseguiram ativar o CO₂ para uso em uma reação química.

Catalisadores

"A ativação química do dióxido de carbono, ou seja, sua segmentação em uma reação química," explica Antonietti," é um dos maiores desafios na química sintética. As ligações na molécula de CO₂ são muito estáveis, o que exige uma grande quantidade de energia para quebrá-las. Até hoje, eram conhecidos apenas alguns poucos catalisadores metálicos capazes de quebrar as ligações C-O na molécula de CO₂.

A equipe do Dr. Antonietti resolveu seguir um caminho diferente: eles utilizaram um catalisador não-metálico, o nitreto de carbono grafítico. A inspiração, é claro, veio das próprias plantas.

A fotossíntese natural envolve um importante passo intermediário: a ligação do CO₂ a átomos de nitrogênio, formando carbamatos. Os pesquisadores então resolveram testar catalisadores ricos em nitrogênio com estrutura que os permitissem formar carbamatos.

Catalisador ideal

A nova classe de catalisadores tem uma estrutura de camadas planas, parecidas com as camadas do grafite. As camadas individuais consistem em sistemas de anéis envolvendo átomos de carbono e nitrogênio. Esse material poroso, chamado nitreto de carbono grafítico, é muito resistente ao calor e, embora entre em muitas interações químicas, é tão estável que quase sempre se re-forma - ou seja, é um catalisador ideal.

O novo catalisador pode então ser utilizado para ativar o dióxido de carbono. Ele permite oxidar o benzeno (um anel aromático com seis carbonos) em fenol (que possui um grupo OH adicional). O sub-produto dessa reação é o monóxido de carbono (CO), que pode ser então utilizado diretamente nas reações químicas.

Fotossíntese artificial

Da mesma forma que na fotossíntese, essa reação ocorre por meio dos carbamatos. No primeiro passo, o CO₂ liga-se a grupos livres amino presentes no nitreto de carbono. Ele então oxida o benzeno para fenol e, ao final, o tão desejado CO se separa do catalisador.

"Isto pode tornar acessível uma nova, e até agora desconhecida química do CO₂," diz Antonietti. "Poderá até mesmo ser o primeiro passo rumo à fotossíntese artificial."

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