Novas diretrizes estabelecidas por pesquisadores de Nebraska e chineses poderiam orientar o projeto de menos custos, catalisadores mais eficientes voltados para acelerar a produção de hidrogênio como combustível renovável.

Xiao Cheng Zeng, de Nebraska, e colegas identificaram vários fatores negligenciados e críticos para o desempenho de catalisadores de átomo único:átomos individuais, geralmente metálico e ancorado por estruturas moleculares circundantes, que dão o pontapé inicial e aceleram as reações químicas.

A equipe reuniu essas variáveis ​​em uma equação simples, exigindo o que Zeng descreveu como "cálculos do verso do envelope". Essa equação deve permitir aos pesquisadores prever facilmente como a escolha do átomo e seu material circundante afetará o desempenho catalítico. A data, os pesquisadores muitas vezes confiaram em tentativas e erros demorados para encontrar catalisadores de átomo único promissores.

"Todas essas informações (relevantes) podem ser facilmente obtidas de um livro, "disse Zeng, Professor da Universidade de Química do Chanceler. "Mesmo antes de um experimento, você pode ver rapidamente se é uma boa maneira de fazer o catalisador. Estamos simplificando o processo. "

Usando sua equação, a equipe descobriu várias combinações átomo-estrutura que se aproximam do desempenho de catalisadores de metais preciosos - platina, ouro, irídio - por meros milésimos do custo. Um trocou um átomo de platina por manganês; outro substituiu o irídio por cobalto.

"Existem duas maneiras (principais) de reduzir o preço desses catalisadores, - disse Zeng. - Uma é usar o mínimo possível de metais - portanto, os catalisadores de átomo único são os mais baratos. A outra direção é encontrar metais alternativos como ferro, alumínio ou zinco que sejam muito baratos. "

Duas das combinações átomo-estrutura da equipe podem dividir a água em suas partes constituintes:um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio, este último pode servir como combustível verde para veículos e outras aplicações. Dois outros candidatos a catalisador ajudam os átomos de oxigênio a absorver mais elétrons, preparando-os para se ligarem a átomos de hidrogênio carregados positivamente e formar água - o subproduto desejado das células a combustível de hidrogênio.

"Agora mesmo, esta não é a forma predominante de produzir hidrogênio, "Zeng disse." A indústria ainda usa combustíveis fósseis para produzir hidrogênio. É apenas mais barato. Essa é a nossa motivação:reduzir o custo para que todos esses mais limpos, as reações produtoras de combustível tornam-se (viáveis). "

Relatório de escotismo

Os pesquisadores descobriram que o número e a natureza dos átomos ligados diretamente a um catalisador de um único átomo podem afetar profundamente como ele catalisa reações químicas. Em alguns casos, o átomo catalisador pode estar ligado a três ou quatro outros átomos, cada um dos quais é parte de um anel de cinco ou seis átomos. Cada átomo nessa rede imediata também tem uma atração conhecida por elétrons, com a força dessa atração influenciando ainda mais o desempenho catalítico.

O arranjo e as qualidades desses átomos vizinhos são importantes, Zeng disse, da mesma forma que uma linha ofensiva importa para uma estacionária, quarterback com passes de bolso. E a nova equação da equipe pode atuar como um relatório de aferição para pesquisadores que procuram ampliar os pontos fortes ou cobrir os pontos fracos de seu pessoal, ele disse.

Para Zeng e seus colegas, esse pessoal consistia em mais de 20 chamados metais de transição, que geralmente são piores do que metais preciosos em reações de catalisação. Mas a equipe mostrou que em torno de um cobalto, ferro ou outro átomo de segunda cadeia com o ambiente certo - às vezes um favo de mel de átomos de carbono conhecido como grafeno, às vezes, uma rede de átomos de nitrogênio - pode elevar seu desempenho.

“Cada linha ofensiva é diferente, "Zeng disse." Como você faz o quarterback funcionar melhor naquele bolso? Como você encontra o melhor zagueiro em diferentes bolsos?

"Se você tem um quarterback de duas estrelas, você precisa de uma linha ofensiva melhor. Mas mesmo um zagueiro reserva pode ter um bom desempenho com a linha certa. "

Zeng foi o autor do estudo com colegas da Universidade de Tecnologia Química de Pequim. O estudo apareceu na revista Catálise Natural e foi destacado em Notícias de Química e Engenharia , uma revista publicada pela American Chemical Society.