Utilização de líquidos iônicos como ativadores na redução eletroquímica do dióxido de carbono

Abstract

Neste trabalho foram propostos a síntese, caracterização e otimização de sistemas baseados em líquidos iônicos aplicáveis à redução eletroquímica do CO2 (RECO2). O aperfeiçoamento do sistema de RECO2 foi explorado a partir da ativação da água e do CO2 em soluções contendo o líquido iônico (LI) básico acetato de 1-butil-2,3-dimetil-imidazol (BMMIm.OAc) e misturas DMSO/água. Este sistema favorece a formação de bicarbonato, proporciona um efeito tampão na solução eletrolítica, promove uma maior sorção de CO2 e, consequentemente, uma estabilização do radical CO2• -. Outro estudo foi realizado através da funcionalização do óxido de grafeno (GO) por meio da imobilização do LI brometo de 1-(3-aminopropil)-1,3imidazol em sua superfície, que impulsionou a adsorção de CO2 adicionando uma nova etapa ao sistema cinético, favorecendo a RECO2. Tais experimentos demonstraram, de forma inédita, que o equilíbrio bicarbonato/LI pode ser otimizado, proporcionando a criação de um ambiente favorável à diminuição da energia necessária para formação do radical CO2• - em solução, diminuindo o sobrepotencial necessário para produção de CO em 0,20V. Os efeitos da estabilização, proporcionada pelo LI, também foram observados em um material funcionalizado de óxido de grafeno, indicando que o CO2 primeiramente é adsorvido pelo LI e posteriormente reduzido nas áreas não funcionalizadas do óxido de grafeno. Tais constatações indicam que líquidos iônicos atuam como co-catalisadores na RECO2, abrindo um novo caminho ao desenvolvimento de novos sistemas eletrocatalíticos em direção a uma aplicação em larga escala.

In this work, the synthesis, characterization and optimization of ionic liquid based systems to the electrochemical reduction of CO2 (ERCO2) were proposed. The improvement of the ERCO2 system was explored from the activation of water and CO2 in solutions containing a basic ionic liquid (IL) 1-butyl-2,3-dimethyl-imidazolium acetate (BMMIm.OAc) and DMSO/water mixtures. This system favors the formation of bicarbonate, provides a buffer effect in the electrolytic solution, promotes greater sorption of CO2 and, consequently, the stabilization of the CO2 radical. Another study was carried out through the functionalization of graphene oxide (GO) by the immobilization of IL on its surface, which improved the adsorption of CO2 by adding a new stage to the kinetic system favoring ERCO2. These experiments demonstrated that the bicarbonate / IL balance can be optimized, providing the creation of an environment favorable to the stabilization of the CO2• - radical in solution, reducing the overpotential required to produce CO at 0.20V. The effects of stabilization, provided by IL, were also observed in functionalized graphene oxide material, indicating that CO2 is first adsorbed by IL and subsequently reduced in non-functionalized areas of graphene oxide. These findings indicate that ionic liquids act as co-catalysts in ERCO2, opening a new way for the development of new electrocatalytic systems towards large-scale application.