Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Minnesota, University of Massachusetts Amherst, University of Delaware, e a Universidade da Califórnia em Santa Bárbara inventaram a tecnologia de catalisador oscilante que pode acelerar reações químicas sem reações colaterais ou erros químicos. A tecnologia inovadora pode ser incorporada a centenas de tecnologias químicas industriais para reduzir o desperdício em milhares de toneladas a cada ano, melhorando o desempenho e a eficiência de custo da produção de materiais.

Esta pesquisa foi publicada em Ciência Química , o primeiro jornal da Royal Society of Chemistry.

Em reações químicas, os cientistas usam o que chamamos de catalisadores para acelerar as reações. Uma reação química que ocorre na superfície de um catalisador, como um metal, acelera mais rápido do que as reações colaterais indesejáveis. Quando a reação primária é muito mais rápida do que todas as outras reações colaterais, então o catalisador é bom na seleção dos produtos mais valiosos. As reações colaterais são erros no controle químico, e resultam em geração significativa de desperdício de material e perda econômica.

Pesquisadores do Centro de Catálise para Inovação de Energia, financiado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos, tiveram um grande avanço quando perceberam que poderiam projetar uma nova classe de catalisadores que acelerava muito as reações de superfície primárias usando ondas. Quando a frequência e amplitude da onda aplicada combinam com as características da química primária, então essa reação se torna milhares de vezes mais rápida do que todas as outras reações colaterais. O catalisador nessas condições de onda essencialmente para de cometer erros nos produtos secundários.

"Todas as reações químicas têm frequências naturais, como cordas de um piano ou violão, "disse Paul Dauenhauer, o principal autor do estudo e professor do Departamento de Engenharia Química e Ciência dos Materiais na Faculdade de Ciências e Engenharia da Universidade de Minnesota. "Quando encontramos a frequência certa de uma reação catalítica desejada, então o catalisador torna-se quase perfeito - as reações de desperdício param quase completamente. "

A descoberta tem um significado particular para a produção de produtos químicos essenciais na energia, materiais, Comida, e indústrias médicas. Os produtos químicos mais importantes são fabricados em grande escala industrial, de modo que mesmo catalisadores bem desenvolvidos formam alguns produtos colaterais, gerando milhares de toneladas de resíduos por ano.

Os pesquisadores foram capazes de explicar amplamente a relação entre os diferentes tipos de substâncias químicas e as frequências das ondas de superfície que controlam os erros do catalisador.

"Uma molécula em uma superfície pode percorrer várias vias de energia, mas o catalisador oscilante pode controlar quase completamente qual caminho a molécula seleciona, incluindo a prevenção de moléculas de se moverem ao longo de conduítes de energia indesejáveis ​​na superfície do catalisador, "disse Alex Ardagh, o primeiro autor do artigo de pesquisa e um bolsista de pesquisa de pós-doutorado na Universidade de Minnesota.

A descoberta de altamente seletiva, Os catalisadores sem erros baseiam-se no desenvolvimento anterior da teoria catalítica dinâmica desenvolvida pelo mesmo grupo. Os catalisadores convencionais que exibem controle ideal sobre as reações catalíticas têm energias de superfície específicas para uma química particular. Contudo, os catalisadores dinâmicos mais novos que mudam como uma onda, oscilar a energia de ligação entre mais forte e mais fraca do que a energia de superfície convencional.

"A transição de catalisadores convencionais para dinâmicos será tão grande quanto a mudança de eletricidade de corrente direta para alternada, "disse o professor Dionisios Vlachos, professor da University of Delaware e diretor do Catalysis Center for Energy Innovation. "Isso tem o potencial de mudar completamente a maneira como fabricamos quase todos os nossos produtos químicos mais básicos, materiais, e combustíveis. "