Uma nova maneira de assistir às reações catalíticas acontecem no nível molecular em tempo actual, pode levar a um melhor entendimento e planejamento elementary das reações importantes usadas em inúmeros processos de fabricação todos os dias.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade Estadual de Washington e do Laboratório Nacional do Noroeste do Noroeste do Departamento de Energia dos EUA (PNNL) usou uma nova técnica de sondagem para olhar para a superfície do ferro, pois foi exposta ao oxigênio para descobrir o que faz um catalisador funcionar melhor que outro. O trabalho é relatado na revista, Angewandte Chemie. Eventualmente, poderia ajudar os engenheiros a ajustar melhor as reações e desenvolver novos catalisadores que não dependem de metais preciosos e de terras raras caras para criar muitos produtos do dia a dia.
“Essencialmente, essa técnica de próxima geração nos permite analisar as reações em tempo actual, enquanto estamos cientes do que está acontecendo”, disse Jean-Sabin McEwen, professor da Escola de Engenharia e Bioengenharia de Gene e Linda voiland.
Para muitas das reações usadas para criar produtos alimentares diários, medicina, plásticos, produtos químicos e combustíveis, a indústria depende em grande parte de experiência passada e práticas aceitas, disse McEwen, que mantém uma nomeação conjunta na PNNL. Os processos catalíticos, as reações para fazer produtos do cotidiano, são complexos e pouco compreendidos em muitos casos, e os pesquisadores geralmente projetam catalisadores com apenas uma compreensão limitada de seus mecanismos subjacentes.
“Estamos tentando desenvolver algum entendimento básico e elementary que nos ajude a restringir a maneira como abordamos a engenharia desses tipos de materiais ou sistemas de uma maneira mais eficiente”, disse Daniel Perea, co-autor e cientista de materiais da PNNL. “Queremos criar novos tipos de produtos químicos com mais eficiência, em vez de apenas o caminho ‘cozinheiro e olhar'”.
O ferro é um elemento particularmente importante que poderia ser usado pela indústria para converter bio-óleo, derivado de materiais vegetais, em combustíveis utilizáveis de base biológica. É abundante, barato e pode remover o oxigênio eficientemente do bio-óleo para produzir biocombustíveis. No entanto, também reage facilmente com o oxigênio, levando à oxidação ou ferrugem, o que interrompe a reação. Os pesquisadores descobriram que a aplicação de um campo elétrico na superfície do catalisador pode mitigar a oxidação, criando um ambiente superb para a reação continuar sem desativação.
“Você quer que seja reativo, mas não muito reativo. É como a regra de Goldilocks – você quer algo que seja certo”, disse McEwen.
Usando a nova técnica de sondagem para observar a superfície do ferro, os pesquisadores conseguiram ver quanto o ferro oxidado, quais superfícies de cristal funcionaram melhor e como os campos elétricos influenciaram a reação.
“Podemos olhar para todos os diferentes tipos de superfícies que você pode ter em um único grão catalítico em tempo actual, então isso é muito mais realista ao modelar o que veríamos na vida actual em um catalisador actual”, disse McEwen.
Como a própria técnica de sonda atômica requer o uso de um campo elétrico, os pesquisadores perceberam que podem explorar o campo elétrico não apenas para a imagem, mas também para controlar a quantidade de ferrugem que está se formando em sua superfície.
“Transformamos a ferramenta em um instrumento para nos permitir examinar a dinâmica da reação”, disse Perea. “Estamos de estabelecer as bases para poder impulsionar a ciência. Mas, ao mesmo tempo, estamos de olho nas aplicações de engenharia”.
O cientista da PNNL Sten Lambeets e os estudantes de pós -graduação da WSU, Naseeha Cardwell e Isaac Onyango, lideraram a pesquisa. O trabalho foi financiado pelo Programa de Catálise do Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências da Energia Básica, Divisão de Ciências Químicas, Biosciências e Geociências e pelo Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório na PNNL.
