p Muitas reações que usamos para produzir compostos químicos em alimentos, médico, e os campos industriais não seriam viáveis ​​sem o uso de catalisadores. Um catalisador é uma substância que, mesmo em pequenas quantidades, acelera a taxa de uma reação química e às vezes permite que ela ocorra em condições mais amenas (temperatura e pressão mais baixas). Um bom catalisador às vezes pode multiplicar o rendimento de um reator em escala industrial ou reduzir mais de 100 ° C de sua temperatura de operação. p Não é nenhuma surpresa, então, que a pesquisa do catalisador é crucial para tornar as reações químicas mais eficientes. Uma abordagem emergente que tem sido observada para fornecer esses benefícios é o aquecimento das nanopartículas de metal em alguns catalisadores diretamente usando microondas em vez de técnicas convencionais de aquecimento uniforme. Nanopartículas metálicas em catalisadores interagem fortemente com microondas e acredita-se que sejam aquecidas seletivamente. Contudo, cientistas relataram resultados conflitantes ao usar esta abordagem, e entender o efeito que o aquecimento seletivo das nanopartículas tem nas reações químicas é difícil porque nenhum método para medir sua temperatura local foi encontrado ainda.

p Agora, cientistas da Tokyo Tech liderados pelo Prof Yuji Wada abordam este problema e demonstram uma nova abordagem para medir a temperatura local de nanopartículas de platina em um catalisador sólido. Seu método, conforme detalhado em seu estudo publicado em Química da Comunicação , depende da espectroscopia de estrutura fina de absorção de raios-X (XAFS), que, como o nome implica, fornece informações sobre as pequenas estruturas locais de um material usando raios-X.

p Em oscilações XAFS estendidas, um valor denominado fator Debye-Waller pode ser derivado. Este fator é composto por dois termos; um relacionado à desordem estrutural, e um relacionado a distúrbio térmico. Se a estrutura do catalisador não mudar com o aquecimento por micro-ondas, qualquer variação no fator Debye-Waller deve ser devido a variações térmicas. Portanto, O XAFS pode ser usado para medir indiretamente a temperatura de nanopartículas de metal.

p A equipe de cientistas testou esta abordagem em catalisadores de platina sobre alumina e platina sobre sílica para descobrir até que ponto as microondas podem aquecer seletivamente as nanopartículas de platina em vez de seu material de suporte. Verificou-se que o aquecimento por micro-ondas produzia uma diferença marcante de temperatura entre o NP e o suporte. Uma série de experimentos comparativos demonstrou que uma maior temperatura local das nanopartículas metálicas em catalisadores é crucial para a obtenção de maiores taxas de reação na mesma temperatura.

p Animado com os resultados, Prof Wada observa, “Este trabalho é o primeiro a apresentar um método para a avaliação das temperaturas locais das nanopartículas e seu efeito nas reações catalíticas. Concluímos que o aquecimento local das nanopartículas de platina é eficiente para acelerar as reações químicas que envolvem a própria platina, apresentando uma abordagem prática para obter um aprimoramento dramático nas reações catalíticas usando aquecimento por microondas. "

p Essas descobertas representam um avanço para melhorar nossa compreensão do papel do aquecimento por microondas no aumento do desempenho catalítico. Dr. Tsubaki acrescenta, "A concentração de energia eficiente nos sítios ativos dos catalisadores - as nanopartículas de metal, neste caso - deve se tornar uma estratégia crítica para explorar a química de microondas para alcançar o uso eficiente de energia para reações e permitir condições mais suaves para a aceleração da reação." Esperamos que esta nova visão dos processos catalíticos economize toneladas de energia a longo prazo, tornando os reatores mais inteligentes, não mais difícil.