Engenharia de reações para eletrossíntese de alto rendimento: Desvendando o impacto das condições de reação e conversão na oxidação de metanol a formiato

Processos eletroquímicos oferecem alternativas descarbonizadas às rotas convencionais. Processos-chave, como a evolução de hidrogênio e a redução eletroquímica de CO2, costumam estar associados à reação de evolução de oxigênio anódico (OER). No entanto, o oxigênio gerado tem pouco valor e os custos elétricos associados à OER intensiva em energia representam uma barreira econômica significativa. A reação de oxidação de metanol (MOR) a formiato é uma alternativa promissora à OER, exigindo menos energia e fornecendo um produto de valor agregado. Pesquisas extensivas se concentram na MOR em relação a altas eficiências de Faraday, mas a conversão e os rendimentos dos produtos são, em sua maioria, negligenciados. No entanto, alta conversão com rendimento suficiente é um pré-requisito para a transição da catálise em escala de laboratório para aplicações industriais viáveis. Neste trabalho, investigamos a seletividade da MOR para formiato com conversão progressiva em altas densidades de corrente de até 200 mA/cm² em eletrodos de óxido de cobre(II) estruturados hierarquicamente. Avaliamos o impacto das condições de reação, incluindo densidade de corrente, temperatura, taxa de fluxo, composição do eletrólito e tipo de membrana. Encontramos uma influência positiva da baixa densidade de corrente e da alta temperatura na eficiência de Faraday (FE). Através de condições de reação ajustadas, alcançamos um rendimento de formiato de 70% a 100 mA/cm² com um potencial anódico de 1,33 V vs. RHE. O potencial anódico permaneceu abaixo dos potenciais típicos de OER, mesmo em alta conversão. Pela primeira vez, demonstramos que a MOR pode alcançar rendimentos significativos de formiato em alta densidade de corrente. Nossos resultados revelam o impacto da conversão, das condições de reação e do balanço iônico na seletividade e fornecem insights valiosos para operar a MOR com alto rendimento em processos emparelhados, por exemplo, com evolução de hidrogênio ou redução de CO2.