p Pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) resolveram um mistério para uma reação química essencial para a produção de combustível e fertilizantes. A chamada reação de deslocamento água-gás forma combustível hidrogênio e dióxido de carbono a partir do monóxido de carbono e do vapor. A pesquisa aborda uma questão fundamental nas transformações químicas que são realizadas usando catalisadores, produtos químicos que ajudam a acelerar as reações e são usados ​​para fazer milhares de produtos de consumo e industriais. p A descoberta, publicado na edição de outubro de 2019 de Catálise Natural , aborda uma questão fundamental do ovo ou da galinha na catálise:as interações entre os reagentes químicos e o catalisador criam um "sítio ativo" ou já existe um "sítio ativo" dentro do catalisador?

p Usando uma combinação de técnicas sofisticadas que podem rastrear a reação em tempo real, Os pesquisadores, liderado por Janos Szanyi e Vassiliki-Alexandra (Vanda) Glezakou, determinado experimentalmente que o sítio ativo não é intrínseco ao catalisador. Em vez de, é criado quando o catalisador encontra aquele reagente. A equipe PNNL respondeu à pergunta observando mudanças distintas nas propriedades do catalisador antes e depois de encontrar aquele reagente.

p "Nosso novo entendimento nos forneceu um roteiro para desenvolver catalisadores mais eficientes, "disse Nicholas Nelson, um associado de pesquisa de pós-doutorado do PNNL e primeiro autor do artigo de pesquisa. "Uma dessas vias é usar um átomo de metal único como sítio catalítico, em oposição a várias centenas de átomos de metal colados uns aos outros. Isso irá maximizar a eficiência do catalisador, garantindo que cada átomo de metal participe da reação. "

p Se os pesquisadores pudessem se desenvolver mais rapidamente, catalisadores mais estáveis ​​para conduzir a reação de deslocamento água-gás, aumentaria a eficiência de fabricação de ingredientes de fertilizantes, como amônia, ou combustíveis, como hidrocarbonetos, metanol, e hidrogênio.

p "Esta descoberta também pode levar a tecnologia de células de combustível se tornando mais difundida no setor de energia, o que pode reduzir as emissões de transporte e diversificar nosso portfólio de energia, "Disse Nelson.

p A descoberta é o culminar de mais de dois anos de experimentos realizados no Instituto de Catálise Integrada do PNNL, que explora e desenvolve a química e a tecnologia de processos catalisados ​​que permitem um futuro neutro em carbono. Os pesquisadores usaram um equipamento especializado que pode "ver" a reação acontecendo em tempo real. Ao combinar duas formas de espectroscopia, os pesquisadores puderam acompanhar o processo de reação em detalhes sem precedentes, classificar precisamente quando e como os produtos químicos se combinaram e como os produtos foram gerados. A combinação da capacidade do instrumento e dos experimentos usando sequências de gases não convencionais foi crítica para identificar o intermediário-chave durante a reação de deslocamento água-gás.

p O intermediário nesta reação, denominado um carboxil, foi teoricamente proposto há mais de 10 anos, ainda não foi detectado experimentalmente até agora. A evolução e detecção desse intermediário é uma descoberta importante que muda a maneira como os cientistas pensam sobre a interação entre o hidrogênio e os catalisadores de átomo de um único metal. O novo insight não só ajudará no desenvolvimento de catalisadores para a mudança água-gás, mas também em várias outras reações envolvendo hidrogênio.