Em cima de uma folha de grafeno jogada como um tapete sobre uma superfície de metal de rutênio, átomos de oxigênio (esferas vermelhas na imagem superior, pequenas saliências na imagem inferior) alteram sua preferência de ligação para apenas um carbono por vez, em vez de dois. Crédito:Vassiliki-Alexandra Glezakou e Cortland Johnson, Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico
Combustíveis, plásticos, e outros produtos são feitos com catalisadores, materiais que geram reações químicas. Para projetar um catalisador melhor, os cientistas devem colocar os átomos certos no lugar certo. Posicionar os átomos pode ser difícil, mas novas pesquisas tornam isso mais fácil. Os pesquisadores determinaram a localização exata de átomos de oxigênio individuais, que agem como âncoras para catalisadores. No caso de uma camada de átomos de carbono no topo de um suporte de metal, átomos de oxigênio únicos aparecem em locais previsíveis. Saber onde estão as âncoras atômicas, a equipe pode criar padrões de átomos catalíticos, projetar o que é necessário para fazer o trabalho.
Criar catalisadores que tornem as reações mais rápidas e menos desperdiçadoras significa projetar os catalisadores de baixo para cima. Em vez de pesquisar entre inúmeras possibilidades, os cientistas querem projetar as estruturas certas em nível molecular. Uma nova pesquisa fundamental mostra aos cientistas como tirar proveito de pontos precisos - onde os átomos de oxigênio se ligam ao grafeno - para construir catalisadores modelo. Esta pesquisa redefine o que se sabe sobre a ligação do oxigênio, que é vital para a criação de catalisadores de trabalho árduo.
A equipe começou com uma peça plana de metal rutênio. Em cima do metal, eles cresceram grafeno, que é uma camada de carbono com um átomo de espessura. Nesta estrutura, alguns átomos de carbono se ligam ao metal, enquanto outros não. Ao combinar recursos experimentais e computacionais, a equipe examinou esses átomos de carbono. Eles mostraram que átomos de oxigênio simples, que atuam como locais ideais para anexar sítios catalíticos, ligam-se preferencialmente aos átomos de carbono que estão próximos ao metal subjacente, mas não ligados a ele. Os locais menos preferidos para a ligação do oxigênio são entre dois átomos de carbono; átomos de carbono que são, por sua vez, ligado ao rutênio; e átomos de carbono não ligados longe do rutênio. Esta pesquisa redefine o que os cientistas sabem sobre a ligação do oxigênio aos átomos de carbono no grafeno suportado por metal. O trabalho é vital para um design eficiente, catalisadores seletivos.
