A equipe liderada pelo professor Fabiano Bernardi, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), segue ampliando as fronteiras do conhecimento sobre catalisadores em escala nanométrica. Em um novo estudo publicado na revista Advanced Materials, os pesquisadores revelam como átomos de prata e cobre se movem em nanopartículas de prata-cobre durante a conversão do dióxido de carbono (CO₂), como se fossem dançarinos, aprofundando a compreensão dos mecanismos que tornam possível transformar um gás associado ao aquecimento global em produtos químicos de alto valor. O avanço dialoga com resultados anteriores da mesma equipe, que, como destacou o Boletim da SBF em julho de 2025, já havia explorado sistemas catalíticos sob outra perspectiva, investigando o armazenamento de hidrogênio em nanopartículas metálicas.
Além de combater o aquecimento global, a busca por novas fontes de energia responde a um problema prático e iminente: o esgotamento dos combustíveis fósseis. Estimativas indicam que as reservas globais de petróleo e gás natural podem se esgotar antes de 2070. Como muitas economias ainda dependem desses recursos, cresce a preocupação com a segurança energética global. Nesse cenário, alternativas capazes de produzir combustíveis e insumos químicos a partir de fontes renováveis ganham relevância estratégica.
É nesse contexto que se insere o novo trabalho. Os pesquisadores estudaram nanopartículas formadas por ligas de prata (Ag) e cobre (Cu), materiais conhecidos por favorecer a seletividade de reações que convertem CO₂ em hidrocarbonetos ou álcoois. Embora esses sistemas já fossem promissores, ainda havia uma lacuna fundamental: compreender o que acontece, em nível atômico, na superfície do catalisador enquanto a reação ocorre.
Para responder a essa questão, a equipe utilizou experimentos multimodais de raios X in situ, capazes de acompanhar, em tempo real, as transformações químicas e morfológicas das nanopartículas durante a reação de fotorredução do CO₂ em água. Os resultados revelaram que o catalisador não é uma estrutura estática, mas um sistema dinâmico, que se reorganiza continuamente ao longo do processo.
Inicialmente, as nanopartículas apresentam uma configuração específica: um núcleo rico em prata envolto por uma casca rica em cobre. Com o tratamento de redução, a prata migra em direção à superfície. Durante a reação fotocatalítica, no entanto, os átomos de cobre retornam à superfície, formando espécies mistas de Ag–Cu–O. Nesse processo, o cobre metálico Cu(0) se oxida para Cu⁺, enquanto a prata permanece na região subsuperficial. Ao mesmo tempo, as nanopartículas mudam de forma e se espalham sobre o material de suporte, impulsionadas pela difusão do cobre.
Essa “dança atômica”, na qual os elementos trocam de posição, alteram estados de oxidação e remodelam a geometria das partículas, fornece pistas sobre quais elementos químicos são realmente responsáveis pela conversão do CO₂. A ideia é compreender a catálise não apenas como uma propriedade de estruturas fixas, mas como um fenômeno emergente de sistemas em constante transformação.
O avanço se soma a uma trajetória recente da equipe de Bernardi, que, em 2025, investigou nanopartículas de paládio e de óxido de níquel para armazenamento de hidrogênio, em estudo publicado na ACS Nano, relatado pelo Boletim SBF. Em ambos os casos, a estratégia é semelhante: observar a matéria em ação, acompanhando, em escala atômica, os processos que sustentam as tecnologias energéticas do futuro.
Ao revelar o comportamento íntimo dos catalisadores durante a reação, o novo estudo oferece subsídios para o desenvolvimento de materiais mais eficientes, seletivos e duráveis, algo extremamente importante na busca de alternativas aos combustíveis fósseis, que dirigiu a humanidade para eventos climáticos extremos que ameaçam a fauna, a flora e o próprio homo sapiens.
(SBF)
