p Espere aí, grafeno. Seriamente, seu aperto pode ajudar a fazer melhores catalisadores. p Os engenheiros da Rice University reuniram o que eles dizem que pode transformar a catálise química, aumentando muito o número de átomos únicos de metal de transição que podem ser colocados em um carreador de carbono.

p A técnica usa pontos quânticos de grafeno (GQD), Partículas de 3-5 nanômetros do material de carbono 2D super-forte, como suportes de ancoragem. Isso facilita átomos únicos de metal de transição de alta densidade com espaço suficiente entre os átomos para evitar aglomeração.

p Uma equipe internacional liderada pelo engenheiro químico e biomolecular Haotian Wang, da Brown School of Engineering de Rice, e Yongfeng Hu, da Canadian Light Source, da Universidade de Saskatchewan, Canadá, detalhou o trabalho em Nature Chemistry.

p Eles provaram o valor de sua síntese geral de alta carga de metal, catalisadores de átomo único, fazendo um catalisador de níquel aprimorado com GQD que, em um teste de reação, mostrou uma melhoria significativa na redução eletroquímica de dióxido de carbono em comparação com um catalisador de carregamento de níquel mais baixo.

p Wang disse que metais nobres caros como platina e irídio são amplamente estudados pela comunidade de catalisadores de átomo único com o objetivo de reduzir a massa necessária para as reações catalíticas. Mas os metais são difíceis de manusear e normalmente constituem uma pequena parte, 5 a 10% em peso ou menos, do catalisador geral, incluindo materiais de apoio.

p Por contraste, o laboratório Wang alcançou cargas de metal de transição em um catalisador de átomo único de irídio de até 40% em peso, ou 3 a 4 átomos de metal simples espaçados por cada cem átomos de substrato de carbono. (Isso porque o irídio é muito mais pesado do que o carbono.)

p "Este trabalho está focado em uma pergunta fundamental, mas muito interessante, que sempre nos perguntamos:quantos átomos mais individuais podemos carregar em um suporte de carbono e não terminar com agregação?" disse Wang, cujo laboratório se concentra na catálise com eficiência energética de produtos químicos valiosos.

p "Quando você reduz o tamanho dos materiais a granel para nanomateriais, a área de superfície aumenta e a atividade catalítica melhora, "disse ele." Nos últimos anos, as pessoas começaram a trabalhar na redução de catalisadores a átomos individuais para apresentar melhor atividade e melhor seletividade. Quanto mais carga você alcança, o melhor desempenho que você pode alcançar. "

p "Átomos individuais apresentam a área de superfície máxima para catálise, e suas propriedades físicas e eletrônicas são muito diferentes em comparação com os sistemas em massa ou em nanoescala, "disse ele." Neste estudo, queríamos empurrar o limite de quantos átomos podemos carregar em um substrato de carbono. "

p Ele observou que a síntese de catalisadores de átomo único agora deve ser um processo "de cima para baixo" ou "de baixo para cima". O primeiro requer a criação de vagas em folhas de carbono ou nanotubos para átomos de metal, mas porque as vagas muitas vezes são muito grandes ou não uniformes, os metais ainda podem se agregar. O segundo envolve o recozimento de metal e outros precursores orgânicos para "carbonizá-los", mas os metais ainda tendem a se agrupar.

p O novo processo faz uma abordagem intermediária, sintetizando GQDs funcionalizados com ligantes de amina e, em seguida, pirolisando-os com os átomos de metal. As aminas se cruzam com os íons de metal e os mantêm espalhados, maximizando sua disponibilidade para catalisar reações.

p "O máximo parece ser cerca de 3-4 por cento atômico usando esta abordagem, "Disse Wang." Os desafios futuros incluem como aumentar ainda mais a densidade de átomos individuais, garanta alta estabilidade para aplicações reais e amplie seus processos de síntese. "