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Um novo método para ancorar átomos únicos de metais do grupo da platina em ilhas nanométricas permite o uso eficiente desses metais caros como catalisadores para uma ampla variedade de aplicações.
Reportagem no jornal Natureza, os pesquisadores mostraram que os átomos de platina podem ser confinados em pequenas ilhas de óxido de cério dentro de um material poroso para catalisar reações sem grudar uns nos outros, o que tem sido um grande obstáculo para seu uso. O estudo foi liderado pelo professor da Universidade Estadual do Arizona Jingyue Liu, da Universidade da Califórnia, Davis, pelo professor Bruce Gates e pelo professor Yong Wang da Universidade Estadual de Washington.
“A estabilização de metais preciosos para permitir que cada átomo seja um catalisador é um santo graal no campo da catálise”, disse Wang, professor de regentes da Escola de Engenharia Química e Bioengenharia de Gene e Linda Voiland da WSU e pesquisador do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico. . “Não estamos apenas usando a menor quantidade de metais do grupo da platina, mas também tornando cada átomo muito mais reativo.”
Os catalisadores, que aceleram as reações químicas, são fundamentais para as tecnologias usadas na fabricação de produtos químicos e combustíveis e para a limpeza de poluentes, incluindo gases de escape de carros, caminhões e usinas de combustível fóssil. Muitos catalisadores contêm metais preciosos como platina, ródio e paládio, que são extremamente caros.
Pesquisadores no início dos anos 1990 começaram a investigar como isolar átomos de metal como catalisadores, mas não conseguiram estabilizá-los nas altas temperaturas exigidas para conversores catalíticos e outras aplicações práticas. Uma vez que os átomos de metal são expostos às condições necessárias para as reações, eles tendem a se agrupar.
A equipe de pesquisa resolveu o problema dispersando os átomos de metal dentro das ilhas nanométricas de óxido de cério. As numerosas ilhas encontram-se em um suporte comercial de dióxido de silício que é amplamente utilizado em muitas reações catalíticas comuns, mas os átomos de metal são excluídos do suporte. Com sua área superficial extremamente alta, o dióxido de silício é capaz de ancorar um número muito grande de ilhas que contêm os átomos de metal dentro de um pequeno volume. O óxido de cério gruda como uma cola no dióxido de silício e mantém os átomos individuais de metal firmemente para que eles não se desviem para se encontrar, se aglomerem e se tornem ineficazes.
Os pesquisadores descobriram que os átomos de metal confinados à ilha eram estáveis nas reações de catalisação sob condições oxidativas e redutoras. A oxidação, na qual o oxigênio é adicionado a uma substância, é usada na tecnologia de controle de emissões para remover monóxido de carbono nocivo e hidrocarbonetos não queimados. A redução, na qual o hidrogênio está presente e reage com outras moléculas, é usada para muitas aplicações industriais, inclusive para produzir combustíveis, fertilizantes e medicamentos.
“A precisão atômica da fabricação dos novos catalisadores pode abrir caminhos para projetar catalisadores com flexibilidade sem precedentes na colocação de números alvo de átomos em cada ilha”, disse Gates. “Isso nos permite investigar a reatividade e identificar as espécies mais reativas – para descobrir quais estruturas e configurações são mais eficientes”.
Os pesquisadores esperam estudar ainda mais a abordagem para uma ampla gama de aplicações catalíticas.
“Este trabalho dá à comunidade científica uma nova ferramenta no kit de ferramentas para entender o requisito do sítio catalítico para reações específicas de interesse e para o desenvolvimento de novos catalisadores altamente ativos e estáveis”, disse Liu. “Isso cria tremendas oportunidades para a tecnologia catalítica e leva os catalisadores de metal atomicamente dispersos um passo importante mais perto de aplicações práticas”.
O trabalho foi financiado pela Divisão de Química da Fundação Nacional de Ciências e pela Divisão de Ciências Químicas, Geociências e Biociências do Departamento de Energia dos Estados Unidos, dentro do Programa de Ciências da Catalisação.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade Estadual de Washington. Original escrito por Tina Hilding. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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