O metano no gás de xisto pode ser transformado em combustíveis de hidrocarbonetos usando um catalisador inovador de liga de platina e cobre, de acordo com uma nova pesquisa conduzida pela UCL (University College London) e pela Tufts University.

Platina ou níquel são conhecidos por quebrar as ligações carbono-hidrogênio no metano encontrado no gás de xisto para fazer combustíveis de hidrocarbonetos e outros produtos químicos úteis. Contudo, esse processo causa 'coque' - o metal fica revestido com uma camada de carbono, tornando-o ineficaz, ao bloquear a ocorrência de reações na superfície.

O novo catalisador de liga é resistente à coque, portanto, ele retém sua atividade e requer menos energia para quebrar as ligações do que outros materiais.

Atualmente, os processos de reforma do metano são extremamente intensos em energia, exigindo temperaturas de cerca de 900 graus Celsius. Este novo material pode diminuir para 400 graus Celsius, economizando energia.

O estudo, publicado hoje em Química da Natureza , demonstra os benefícios da nova liga altamente diluída de platina em cobre - uma liga de átomo único - na fabricação de produtos químicos úteis a partir de pequenos hidrocarbonetos.

Uma combinação de ciência de superfície e experimentos de catálise e técnicas de computação poderosas foram usadas para investigar o desempenho da liga. Estes mostraram que a platina quebra as ligações carbono-hidrogênio, e o cobre ajuda a acoplar moléculas de hidrocarbonetos de diferentes tamanhos, pavimentando o caminho para a conversão para combustíveis.

Co-autor do estudo, Professor Michail Stamatakis (UCL Engenharia Química), disse:"Usamos supercomputadores para modelar como a reação acontece - a quebra e formação de ligações em pequenas moléculas na superfície da liga catalítica, e também para prever seu desempenho em larga escala. Por esta, precisávamos acessar centenas de processadores para simular milhares de eventos de reação. "

Enquanto os pesquisadores da UCL rastrearam a reação usando computadores, Químicos e engenheiros químicos da Tufts realizaram experimentos de ciência de superfície e micro-reatores para demonstrar a viabilidade do novo catalisador - átomos de platina dispersos em uma superfície de cobre - em um ambiente prático. Eles descobriram que a liga de átomo único era muito estável e requeria apenas uma pequena quantidade de platina para funcionar.

Líder de estudo, Professor Charles Sykes, do Departamento de Química da Escola de Artes e Ciências da Tufts University, disse:"Ver para crer, e nosso microscópio de tunelamento de varredura nos permitiu visualizar como átomos de platina individuais se organizavam em cobre. Dado que a platina está acima de US $ 1, 000 a onça, versus cobre a 15 centavos, uma economia significativa de custos pode ser feita. "

Juntos, a equipe mostra que menos energia é necessária para a liga para ajudar a quebrar as ligações entre os átomos de carbono e hidrogênio no metano e no butano, e que a liga é resistente à coque, abrindo novas aplicações para o material.

Co-autor do estudo, Distinta Professora Maria Flytzani-Stephanopoulos, do Departamento de Engenharia Química e Biológica da Escola de Engenharia da Tufts University, disse:"Embora os catalisadores modelo em experimentos científicos de superfície sejam essenciais para seguir a estrutura e a reatividade em escala atômica, é emocionante estender este conhecimento a catalisadores de nanopartículas realistas de composições semelhantes e testá-los em condições práticas, visa desenvolver o catalisador para a próxima etapa - aplicação industrial. "

A equipe agora planeja desenvolver outros catalisadores que sejam igualmente resistentes à coqueificação que infesta os metais tradicionalmente usados ​​neste e em outros processos químicos.