Os resultados, publicado em Materiais da Natureza , tornar o desafio de 150ºC do Departamento de Energia dos EUA para as emissões mais atingível. Cientistas do Grupo López propõem uma carga dinâmica e estado de oxidação para catalisadores de átomo único. A transferência dinâmica de carga entre o metal e o óxido é crucial para a compreensão da natureza do sítio ativo em catalisadores de átomo único. Crédito:Núria López (ICIQ)
Os poluentes que saem dos escapamentos dos carros são prejudiciais ao meio ambiente e à saúde pública. Com o objetivo de reduzir as emissões do carro em geral, o Departamento de Energia dos EUA (DOE) lançou um desafio aos cientistas em todo o mundo:converter cataliticamente 90 por cento de todos os poluentes críticos (hidrocarbonetos, CO 2 , NÃO x etc.) no escapamento do carro em substâncias menos nocivas a 150ºC. Contudo, catalisadores heterogêneos baseados em nanopartículas - como o catalisador de exaustão de três vias usado em carros - funcionam melhor em altas temperaturas (entre 200 e 400ºC), fazendo com que o desafio DOE 150ºC pareça difícil de ser alcançado.
Agora, pesquisadores do Grupo López, estudaram em detalhes o comportamento de átomos simples de Pt suportados em CeO 2 —O que os pesquisadores argumentam que superaria as nanopartículas de Pt suportadas em CeO 2 atualmente empregado no catalisador de exaustão de três vias. Os resultados, publicado em Materiais da Natureza , mostram que a suposição comum de uma carga estática na Catálise de átomo único é simplificada demais. Em vez de, os cientistas propõem uma carga dinâmica, capaz de explicar a reatividade única encontrada para átomos de platina únicos ativados na céria, que, por sua vez, pode realizar a oxidação de CO atendendo ao desafio DOE 150ºC para emissões.
Carga dinâmica e estado de oxidação
Desde que o campo de catálise de átomo único floresceu, os cientistas têm trabalhado para entender o comportamento íntimo na interface entre os catalisadores de átomo único e os óxidos que os sustentam, esperando que este conhecimento permita o ajuste de sua atividade catalítica. Os cientistas do Grupo López combinaram a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e os primeiros princípios da Dinâmica Molecular (BOMD) para elucidar o que exatamente está acontecendo na interface.
As simulações revelaram um sistema metaestável onde os átomos de Pt têm vários estados de oxidação sobrepostos, permitindo que o catalisador mude de um estado para outro. Esses estados de oxidação dinamicamente interconectados são "um conceito completamente novo, "como Nathan Daelman, primeiro autor do estudo, explica.
Para os cientistas, está claro que o comportamento dinâmico influencia a reatividade do sistema e, pela primeira vez, eles foram capazes de explicar a etapa de ativação de Pt necessária para que os catalisadores de exaustão de três vias funcionem adequadamente nas condições de trabalho DOE 150ºC. Para os pesquisadores, os próximos passos serão trabalhar para preparar um modelo do mecanismo que será capaz de predizer com a temperatura o comportamento do sistema catalítico.
