Avaliação da atividade e seletividade de compósitos mesoporosos de MCM-41 e CuO no processo de fotorredução de CO2.

Abstract

A conversão de CO2 em valiosa matéria-prima química por meio da fotocatálise é considerada uma estratégia interessante para mitigar o aquecimento global e os problemas de fornecimento de energia. O principal desafio na fotorredução de CO2 é projetar e sintetizar fotocatalisadores ativos com boa absorção de luz visível, com grande afinidade pela molécula de CO2 e com potencias de redução da banda de condução (BC) adequados para promover a redução das moléculas de CO2. Nesse sentido, as peneiras moleculares com nanopartículas de óxido metálico, como o óxido de cobre (CuO), mostram-se como alternativas a substituição dos semicondutores tradicionais (TiO2 e ZnO), pois apresentam propriedades como elevada capacidade de adsorção de CO2 e elevada área de contato entre o catalisador, tornando-os candidatos promissores para serem usados em reações fotocatalíticas. Desta forma, o trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de fotocatalisadores a base de MCM-41 e óxido de cobre (CuO) e avaliar a sua atividade e a seletividade no processo de fotorredução de CO2 sob radiação UV. Os compósitos foram sintetizados por dois processos de síntese distintos (método de impregnação do sal e o método de coprecipitação) e caracterizado utilizando diferentes técnicas. Através das caracterizações realizadas, observou-se que os dois métodos de síntese utilizados possibilitaram a formação dos compósitos com uma elevada área superficial e com uma energia de band gap na região do visível (espectro eletromagnético). Além disso, verificou-se que a MCM-41 pura e o compósito MCM-41/CuO possuem relevante potencial para aplicação no processo de fotorredução de CO2, no qual a composição e os diferentes sítios ativos presentes na superfície dos fotocatalisadores desempenharam um papel crítico na atividade e seletividade dos produtos formados. Os resultados mostraram que o MCM-41 e o compósito com 1% (p/p%) de CuO (MCM-41/CuO 1%) obtidos pelo método de impregnação apresentaram alta seletividade e produção de metanol, com 585,88 e 267,05 μmol.gcat.-1 respectivamente. Assim, os resultados demonstraram a versatilidade do MCM-41 para formar compósitos com semicondutores, bem como a necessidade de compreender os principais aspectos que influenciam a fotorredução de CO2 e a seletividade dos compósitos, incluindo suas características superficiais, estruturais e elétricas.