p Scott Sayres, da Universidade do Estado do Arizona, e sua equipe publicaram recentemente um estudo ultrarrápido de laser em aglomerados de óxido de ferro sem carga, o que poderia levar ao desenvolvimento de novos catalisadores industriais mais baratos. Também pode contribuir para uma melhor compreensão do universo, uma vez que óxidos de ferro são observados nos espectros de emissão das estrelas. p Sayres é professor assistente na Escola de Ciências Moleculares da ASU e membro do corpo docente do Centro de Descoberta Estrutural Aplicada do Biodesign Institute.

p A maioria das indústrias químicas utiliza catalisadores para aumentar a taxa de reação e seletividade na obtenção de seus produtos desejados. Por exemplo, conversores catalíticos nos escapamentos de nossos veículos geralmente usam platina, paládio e ródio para ajudar a decompor os poluentes.

p Todos os três metais são significativamente mais caros do que ouro, que por sua vez é muito mais caro do que o ferro. Em média, um conversor catalítico custa US $ 1, 000, mas pode chegar a US $ 3, 000 por veículo.

p "Os óxidos de metal de transição são amplamente usados ​​como catalisadores heterogêneos na indústria química, "Disse Sayres." O processo fotocatalítico prossegue por meio de uma série de reações complexas, e ainda falta uma compreensão fundamental desses mecanismos catalíticos. Estudos de fase gasosa em clusters em escala molecular nos permitem sondar atividades e mecanismos químicos em um ambiente tranquilo. A precisão atômica dos clusters pode ser utilizada para identificar os locais de adsorção preferidos, geometrias ou locais de oxidação que permitem transformações químicas. "

p Os aglomerados FenOm sob investigação aqui têm composições diferentes:n e m variam, mas são menores que 16. Fe é o símbolo químico para ferro e O refere-se ao oxigênio.

p "Esta pesquisa não apenas revelou os fragmentos estáveis ​​de materiais de óxido de ferro a granel, mas mostrou como a mudança na composição atômica pode afetar a estabilidade e a reatividade desses fragmentos, "disse Jake Garcia, aluno de pós-graduação e primeiro autor deste artigo.

p "Ao resolver a dinâmica do estado excitado de materiais atomicamente precisos, como óxidos de ferro, avançamos um passo mais perto da criação de catalisadores moleculares mais direcionados e da compreensão das reações que podem ocorrer na mídia interestelar. "

p Garcia continua que ele encontrou uma paixão pela construção de instrumentos experimentais no laboratório de Sayres, e adora estudar materiais relevantes para as ciências planetárias e da terra.

p Ryan Shaffer, que era um estudante de graduação trabalhando no laboratório de Sayres, é o segundo autor do trabalho atual.

p Detecção de aglomerados de óxido de ferro

p Experimentos com aglomerados eletricamente carregados têm sido comuns porque eles podem ser selecionados em massa com forças elétricas ou magnéticas e subsequentemente reagidos individualmente. Os íons do cluster são claramente muito mais reativos do que seus análogos de fase condensada e neutros por causa de sua carga líquida.

p Muito menos trabalho foi feito com clusters neutros relatados aqui, que são ainda melhores imitações dos verdadeiros locais ativos de fases condensadas e sua química de superfície. A carga líquida afeta significativamente a reatividade do cluster, e a influência se torna mais importante conforme o tamanho do cluster diminui devido à localização da carga.

p "O período de transição de elétrons após a excitação é de interesse fundamental para a compreensão da dinâmica da reação. Os aglomerados são coleções atomicamente precisas de átomos, onde a adição ou subtração de um único átomo pode alterar drasticamente a reatividade do cluster, "Sayres disse." Neste trabalho, aplicamos espectroscopia de bomba-sonda ultrarrápida para estudar a velocidade com que a energia se move através de pequenos aglomerados de óxido de ferro.

p Os pulsos de laser são extremamente curtos:um milésimo de um bilionésimo de um segundo.

p Sayres conclui que o tempo de vida do estado excitado é fortemente afetado por mudanças atomicamente precisas na composição do cluster. Especificamente, quanto mais elevados os estados de oxidação do metal, quanto mais rápido a energia da fotoexcitação é convertida em vibrações. Eles descobriram que o estado de excitação da vida depende muito do tamanho e do estado de oxidação.

p Os catalisadores também são amplamente usados ​​para minimizar os poluentes subprodutos prejudiciais em aplicações ambientais. Taxas de reação aprimoradas se traduzem em maiores volumes de produção em temperaturas mais baixas com reatores menores e materiais de construção mais simples.

p Quando um catalisador altamente seletivo é usado, grandes volumes de produtos desejados são produzidos virtualmente sem subprodutos indesejáveis. Gasolina, diesel, o óleo para aquecimento doméstico e os combustíveis para aviação devem sua qualidade de desempenho ao processamento catalítico usado para atualizar o petróleo bruto.

p Produtos químicos intermediários na produção de produtos farmacêuticos utilizam catalisadores, assim como a indústria alimentícia na produção de produtos comestíveis de uso diário. Os catalisadores estão desempenhando um papel fundamental no desenvolvimento de novas fontes de energia e uma variedade de abordagens para mitigar as mudanças climáticas e controlar o dióxido de carbono atmosférico.