Caracterização de catalisadores bifuncionais para captura de CO2 atmosférico e hidrogenação a CH4 via Raman

Atualmente, vivemos uma verdadeira corrida contra o tempo para reduzir a emissão de gases de efeito estufa, como o CO₂, na atmosfera. Mas e todo o CO₂ que já foi liberado ao longo dos anos? O que fazer com ele?

Uma das soluções está na tecnologia de captura direta de CO₂ do ar, conhecida como DAC, sigla em inglês para Direct Air Capture. Como o próprio nome indica, essa técnica remove o CO₂ diretamente da atmosfera, permitindo tanto o seu armazenamento quanto a sua reutilização em processos sustentáveis.

Trabalhar com gases é desafiador, pois não é possível “pegar” esses gases diretamente. Por isso, uma das formas de capturar o CO₂ do ar é utilizando materiais capazes de adsorvê-lo. Esses materiais devem possuir superfícies altamente porosas e características químicas que atraem e retêm o CO₂ de maneira eficiente.

Pesquisadores da Universidade de Alicante, na Espanha, desenvolveram um material com essas propriedades que apresentou excelente desempenho na captura de CO₂. Esse material é composto por nanopartículas de NiO-CeO₂ e MgO suportadas em zeólita, combinando alta capacidade de adsorção e estabilidade para esse propósito.

Além de capturar o CO₂, esses materiais também são usados para convertê-lo em CH₄ por meio da hidrogenação do CO₂. Por isso, eles atuam como catalisadores, promovendo essa reação química. São chamados de bifuncionais porque desempenham duas funções: capturar o CO₂ e convertê-lo em CH₄.

Embora o CH₄ também seja um gás de efeito estufa, ele pode ser utilizado como combustível, substituindo o gás natural fóssil, que está cada vez mais escasso. Essa conversão possibilita a criação de uma economia circular de carbono, na qual o carbono é reciclado em vez de ser liberado continuamente na atmosfera. Além disso, o CH₄ pode ser distribuído pela infraestrutura já existente para gás natural, facilitando sua adoção em larga escala. Dessa forma, a conversão de CO₂ em CH₄ contribui para uma transição energética mais sustentável.

Agora que entendemos o papel fundamental desses catalisadores na captura e conversão do CO₂, é importante destacar um processo essencial para otimizar sua síntese: a caracterização.

A caracterização de materiais é uma etapa essencial para identificar suas propriedades estruturais e químicas, além de entender como essas características impactam seu desempenho na aplicação proposta. Entre as técnicas mais relevantes para
materiais catalíticos como esses, destaca-se a espectroscopia Raman, que fornece informações detalhadas sobre estrutura, composição e defeitos cristalinos.

No estudo conduzido pelos pesquisadores da Universidade de Alicante, a espectroscopia Raman foi empregada como ferramenta-chave para investigar a influência da zeólita beta sobre a fase ativa NiCe. A análise permitiu concluir que o principal papel da zeólita é promover uma melhor dispersão física das nanopartículas de NiCe, favorecendo sua redução, sem provocar mudanças significativas na natureza química da fase ativa.

Essa característica é especialmente importante porque a capacidade de um catalisador ser facilmente reduzido é crucial para sua performance na reação de conversão de CO2 a CH4. A redução do NiO e do CeO2 para suas formas mais ativas, como níquel metálico (Ni⁰) e espécies de cério reduzido (Ce³⁺), é um passo fundamental para ativar a catálise.

Abaixo, estão apresentados os espectros Raman obtidos no trabalho com o microscópio confocal Raman modelo NRS 5100 da Jasco, equipado com fonte de laser HeNe (633 nm).

Parabenizamos os pesquisadores da Universidade de Alicante pelo importante trabalho publicado em 2025 na revista científica Fuel.

Todo o conteúdo apresentado foi elaborado com base nesse estudo e na experiência dos nossos especialistas no tema.
Referência Bibliográfica:
MARTÍNEZ-LÓPEZ, Iván; MARTÍN-GARCÍA, Iris; DAVÓ-QUIÑONERO, Arantxa; RODRÍGUEZ-BOBADA, Raquel; VILAPLANA-ORTEGO, Eduardo; GUILLEN-BAS, Esteban; LOZANO-CASTELLÓ, Dolores; BUENO-LÓPEZ, Agustín. Fuel from air: NiO-CeO2 nanoparticles, MgO and beta zeolite dual function materials for direct CO2 capture and hydrogenation to CH4. Fuel, v. 398, art. 135549, 2025. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.135549.

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