Cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), em colaboração com o Laboratório Ames do DOE, relataram um mecanismo de reação importante e inesperado - chamado "comportamento redox" - na superfície dos materiais de suporte do catalisador que têm aplicação na indústria química.

A maioria dos catalisadores industriais são ancorados em suportes de óxido de metal, como sílica, alumina ou zircônia. Recentemente, óxidos metálicos sulfatados surgiram como um material de suporte promissor para complexos catalíticos contendo carbono ("organometálicos"). Eles também são materiais catalíticos promissores por si só, com aplicação em processos químicos na indústria petroquímica.

Usando uma combinação de cálculos teóricos e medições com técnicas analíticas avançadas, a equipe de pesquisa investigou as interações entre um catalisador organometálico de irídio e materiais de suporte compostos de alumina sulfatada e zircônia sulfatada. Essas interações ocorreram durante uma reação catalítica promovida pela espécie organo-irídio com os materiais de suporte.

Graças a pesquisas anteriores, os cientistas estavam cientes de uma via de catálise que envolve a doação de prótons dos óxidos metálicos sulfatados. A equipe de pesquisa descobriu um segundo caminho, uma reação redox envolvendo a aceitação de elétrons do complexo organometálico na superfície do óxido metálico sulfatado. Eles também descobriram que alguns locais na superfície do óxido de metal sulfatado que haviam sido doadores de prótons poderiam ser transformados em locais de aceitação de elétrons, alterando assim o comportamento químico do catalisador organometálico.

Max Delferro, químico de Argonne, um autor do estudo, comentou que "neste mecanismo redox, nosso material segue sua rotina química usual e o transforma em sua cabeça - em vez de desistir de um próton, ele ganha um elétron. "

O aparecimento do isótopo de hidrogênio deutério no complexo organometálico sinalizou a ocorrência de uma reação redox que não havia sido relatada anteriormente. Além disso, os pesquisadores descobriram que tanto a hidratação da superfície quanto o carregamento de sulfato no material de suporte desempenham um papel fundamental no processo redox.

De acordo com Delferro, a pesquisa fornece insights para a comunidade de catálise sobre o potencial de mecanismos semelhantes para formar uma parte importante das relações catalíticas, incluindo aqueles em que as superfícies de suporte atuam como seu próprio catalisador. "Esta observação fornece uma prova de princípio de que um importante conjunto de reações está acontecendo e não deve ser ignorado, "disse o pesquisador de pós-doutorado de Argonne David Kaphan, outro autor do estudo.

O estudo, intitulado "Evidência para mecanismos redox em quimissorção organometálica e reatividade em óxidos metálicos sulfatados, "apareceu na edição online de 9 de abril da Jornal da American Chemical Society .