A nova revisão pede testes rigorosos para catalisadores de átomos únicos na indústria

Muitos processos industriais modernos dependem da química complexa. Tomemos a produção de fertilizantes, por exemplo: para fazê -lo, as empresas devem primeiro produzir amônia, um ingrediente -chave.

Esses processos químicos Precisa de ingredientes próprios – catalisadores, que aceleram as reações sem serem consumidos ou criando subprodutos indesejados.

Um tipo de catalisador emergente-conhecido como um catalisador de “átomo único” ou “disperso atomicamente”-está recebendo muita atenção por seu potencial de tornar os processos industriais mais limpos e eficientes. As revistas acadêmicas estão transbordando de estudos sobre eles.

Agora, graças a um convite do editor de um High Scientific Journal, uma Universidade da Virgínia Engenheiro Químico está entendendo todas as mudanças e pontos para futuras avanços.

Como aconteceu

Um editor em Química da natureza Recentemente, notou um artigo de destaque no artigo de revisão por pares, escrito por Jason Bates, professor assistente de engenharia da Escola de Engenharia e Ciência Aplicada da UVA. O editor enviou por e -mail um convite: Bates poderia escrever uma perspectiva sobre como investigar catalisadores dispersos atomicamente para garantir rigor e reprodutibilidade adequados?

Os envios de publicação nesta nova área de pesquisa de catálise estão surgindo, disse o editor a Bates, mas, com muita frequência, as reivindicações dos pesquisadores prometem mais do que entregam com base em sua ciência.

Bates concordou. Seu artigo, “Progresso e armadilhas na criação de catalisadores heterogêneos com precisão molecular”, foi publicada por Química da natureza em fevereiro.

“Espero que isso oriesse pesquisas para as direções certas para que possamos descobrir coisas novas mais rapidamente”, disse Bates, “sem gerar conclusões enganosas”.

O que são catalisadores atomicamente dispersos?

Os catalisadores são amplamente utilizados na indústria para aumentar a eficiência, reduzir custos e reduzir o impacto ambiental. Eles normalmente se enquadram em duas categorias.

Catalisadores homogêneos, dissolvidos em líquido, oferecem controle preciso e resultados consistentes. Mas eles são caros e mais adequados para produção de alto valor e em pequena escala, como farmacêuticos.

Catalisadores heterogêneos, que são sólidos e usados ​​em grandes escalas, indústrias de energia como refino de combustível e produção de fertilizantes. Geralmente, eles consistem em pequenos aglomerados de átomos de steel – como platina ou ferro – adotados sobre um materials de suporte.

Mas tradicional Catalisadores heterogêneos pode desgastar em condições operacionais difíceis. Com o tempo, sua estrutura e eficácia se degradam.

Os catalisadores atomicamente dispersos visam combinar o melhor dos dois mundos: a precisão de sistemas homogêneos com a durabilidade e escalabilidade dos heterogêneos. Em vez de aglomerados de steel, eles usam átomos de steel único ancorados a um superfície sólidaque servem como locais de reação.

“Eles são atraentes”, disse Bates, “porque você pode projetá -los com a especificidade de um homogêneo catalisadormas eles funcionam em ambientes práticos como um heterogêneo “.

Isso importa porque muitos processos industriais já atingiram a eficiência máxima com a tecnologia atual. Tome a produção de amônia novamente: enquanto o processo em si emite pouco co₂, tornando o hidrogênio necessário – porque o hidrogênio vem de combustíveis fósseis.

“Então, precisamos de novas maneiras de fazer do hidrogênio de uma maneira menos intensiva em carbono”, disse Bates. “Catalisadores atomicamente dispersos podem fazer parte da solução”.

Juntando o quebra -cabeça

Os catalisadores dispersos atomicamente permitem design preciso – mas ainda são sistemas complexos. Testá -los e caracterizá -los requer trabalho minucioso, o que Bates argumenta que é frequentemente pulado ou apressado.

Ele compara a estrutura deles a um quebra -cabeça. Existem muitos métodos para encontrar as peças, mas elas devem ser montadas para obter uma imagem completa.

“Muitos pesquisadores abaixam uma peça e dizem que agora eu sei como é o resto do quebra -cabeça sem considerar as hipóteses e técnicas alternativas”, disse ele. “A realidade da pesquisa nessa área é que você quase nunca consegue obter todas as partes do quebra -cabeça”.

Bates acredita que o campo precisa desacelerar e se concentrar na ciência repetível e rigorosa. Somente então, ele argumenta, os pesquisadores podem entender com confiança o que fizeram – e como torná -lo melhor.

Seu artigo já tocou um acorde. E. Charles Sykes, professor de química da Universidade Tufts que revisou o trabalho de Bates para Química da naturezaconcordou com o pedido de cautela.

“Os inúmeros relatórios de novos catalisadores atomicamente dispersos geralmente não são bem caracterizados ou testados. Isso limita a visão elementary”, disse Sykes. “A revisão de Jason aponta muitas das armadilhas comuns e deve servir como um guia para a comunidade cada vez maior”.