Os flocos avermelhados de uma unha enferrujada são um sinal claro de que uma reação química indesejável ocorreu na superfície. Compreender como as moléculas e os átomos se comportam uns com os outros, especialmente em superfícies, é fundamental para gerenciar as reações químicas desejáveis, como catálise, e reações indesejáveis, como a corrosão de um prego. Ainda assim, o campo da química de superfície foi desafiado por quase 100 anos a desenvolver teorias preditivas para essas reações. Agora há progresso, graças a uma nova abordagem.

Em uma apresentação no 64º Simpósio e Exposição Internacional AVS em Tampa, Flórida, 31 de outubro a novembro 2, 2017, Alec M. Wodtke e colegas do Instituto Max Planck de Química Biofísica em Göttingen, Alemanha, irá apresentar o que eles chamam de "modelo provisório" para química de superfície. Em seu trabalho, eles descrevem como uma interação frutífera entre experimento e teoria pode levar a simulações em escala atômica precisas de reações simples em superfícies de metal.

Oferecendo exemplos concretos, eles mostram que para as interações do átomo de hidrogênio com metais - uma aproximação importante em muitas teorias - a aproximação de Born-Oppenheimer falha para as interações do átomo de hidrogênio com metais, mas é válido para interações com grafeno. Interessantemente, as interações do hidrogênio no grafeno são fortemente influenciadas pela escolha do substrato de metal sobre o qual o grafeno é cultivado. Isso torna o estudo um tema quente devido ao potencial do grafeno em aplicações de consumo, de dispositivos médicos a computadores.

Em outra apresentação está esta sessão de ciências de superfície, Arthur L. Utz da Tufts University em Massachusetts e seus colegas descreverão os resultados promissores de uma colaboração com o Kroes Group da Leiden University, Holanda, usando uma nova abordagem computacional para prever a reatividade das moléculas de metano reagindo em uma superfície de níquel limpa.

Apesar das diferenças significativas na distribuição de energia, cálculos subsequentes produziram previsões quimicamente precisas de reatividade para moléculas selecionadas termicamente excitadas e no estado vibracional, e mesmo para diferentes estruturas de superfície, uma descoberta destinada a acelerar a descoberta de materiais.

A abordagem da equipe permite que os investigadores prevejam a fração de moléculas que reagem em uma superfície cataliticamente ativa com uma precisão muito maior do que era possível no passado. Os resultados dessa pesquisa podem ajudar a acelerar a descoberta de novos materiais.