Catalisadores são agentes que iniciam reações químicas, acelere-os ou aumente significativamente o rendimento do produto desejado. Catalisadores novos e aprimorados são, portanto, considerados a chave para a criação de processos de produção mais sustentáveis e eficientes na indústria química. Em um projeto de pesquisa conjunta, cinco professores da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) e suas equipes descobriram recentemente como contornar as conhecidas desvantagens dos catalisadores técnicos que estão atualmente em uso por meio de um novo conceito de material que torna a criação de materiais significativamente mais eficiente catalisadores possíveis.
Esta nova geração de catalisadores emprega gotas líquidas de liga metálica fixadas em portadores porosos que são colocados em contato com os reagentes gasosos. As gotas microscopicamente pequenas de liga são fluidas porque contêm uma alta proporção de gálio, um elemento com um ponto de fusão muito baixo. Ao mesmo tempo, esta alta concentração de gálio garante que os átomos dos componentes metálicos secundários dissolvidos sejam completamente dispersos:os átomos metálicos individuais em solução dentro do gálio são responsáveis pelo efeito catalítico. Os pesquisadores publicaram suas descobertas na principal revista especializada Química da Natureza .
Catalisadores líquidos suportados
Na última década, os pesquisadores da FAU repetidamente conseguiram demonstrar sua preeminência internacional no campo de inovações em materiais catalisadores. Materiais Catalíticos são, conseqüentemente, uma área de pesquisa chave dentro do Cluster de Excelência em Engenharia de Materiais Avançados (EAM) da FAU. Os catalisadores líquidos com suporte têm sido freqüentemente o ponto focal de interesse dos pesquisadores baseados na FAU. Eles combinam os benefícios dos aceleradores de reação molecular personalizados com a vantagem de poderem ser mais facilmente separados do produto. No conceito delineado no artigo publicado em Química da Natureza , o uso de ligas metálicas em catalisadores líquidos suportados é descrito pela primeira vez. Além disso, é também a primeira vez que a atividade catalítica foi atribuída a ligas metálicas líquidas.
Além disso, As combinações de materiais inicialmente testadas superaram significativamente os catalisadores técnicos padrão que levaram anos para se desenvolver. 'É particularmente interessante que há pouca ou nenhuma desativação dos complexos de metal suportados quando depósitos de carbono se formam neles, 'diz o professor Peter Wasserscheid. 'São depósitos como este que são a principal causa da desativação dos catalisadores usados para a conversão catalítica em altas temperaturas pela indústria petroquímica.' Os pesquisadores conseguiram demonstrar esse importante efeito no caso da desidratação do butano. A natureza estrutural especial desta nova classe de materiais foi descoberta por quatro grupos que trabalham em colaboração:a análise microscópica foi realizada pela equipe de Wolfgang Peuker, as equipes de Hans-Peter Steinrück e Christian Papp completaram a análise espectrográfica, A equipe de Rainer Hock foi responsável pela análise radiográfica enquanto os cálculos correspondentes eram realizados por Andreas Görling e seus colegas.
Gálio:o segredo do sucesso
O elemento gálio desempenha um papel central nesta nova classe de materiais. O gálio funde a cerca de 30 ° C e tem um ponto de ebulição de 2400 ° C. Possui a capacidade única de dissolver quase todos os outros metais. Quando é exposto ao ar, camadas ultrafinas de óxido se formam na superfície do gálio; Contudo, estes são reconvertidos de volta ao elemento original nas condições obtidas durante muitos processos catalíticos. A data, os pesquisadores baseados na FAU alcançaram seus resultados espetaculares usando paládio dissolvido em gálio. Em seguida, pretendem conduzir pesquisas adicionais para descobrir se esses efeitos extraordinários também podem ser obtidos usando metais não preciosos dissolvidos no gálio e também se os efeitos podem ser reproduzidos em conexão com outras reações químicas. 'Nossos cálculos nos levam a supor que átomos de metal único dissolvidos em gálio podem exibir características reativas totalmente diferentes daquelas que o mesmo metal na forma cristalina geralmente exibe, 'explica Andreas Görling. 'É por isso que estamos tão fascinados por esta nova classe de materiais catalíticos. Estamos convencidos de que, com a ajuda de complexos de liga com suporte, catalisadores altamente eficientes e muito econômicos podem ser desenvolvidos que têm um potencial considerável no que diz respeito a aplicações industriais, 'acrescenta Hans-Peter Steinrück.
