p Para compreender a estrutura e função dos catalisadores em ação, pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT), em cooperação com colegas da Swiss Light Source SLS do Paul Scherrer Institute (PSI) na Suíça e da European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) na França, desenvolveram uma nova ferramenta de diagnóstico. A espectroscopia de raios-X Operando visualiza a estrutura e gradientes de catalisadores técnicos complexos em três dimensões, permitindo-nos, assim, examinar reatores químicos em funcionamento. Os resultados são relatados em Catálise Natural . p A catálise é indispensável para muitos ramos. 95% de todos os produtos químicos são produzidos com catalisadores. Os catalisadores também desempenham um papel fundamental nas tecnologias de energia e na proteção ambiental. Catalisadores são materiais usados ​​para acelerar reações químicas a fim de reduzir o consumo de energia e subprodutos indesejáveis. Este princípio físico-químico é a base de sistemas inteiros, exemplos são conversores catalíticos em carros ou catalisadores em usinas de energia para remover poluentes de seus escapamentos. Catalisadores técnicos e industriais também são aplicados na produção de fertilizantes e polímeros. Muitas vezes, eles devem apresentar resistência à alta pressão e resistência mecânica, ao mesmo tempo em que opera sob condições ambientais dinâmicas. Mesmo o menor aumento de eficiência na remoção de poluentes, como monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, e poeira fina, de gases de exaustão ou na produção de hidrogênio verde resultará em grandes vantagens para o homem e o meio ambiente. Para melhorar os materiais e processos catalíticos existentes, Contudo, é necessária uma compreensão exata de sua função. "Seja em um grande reator químico, em uma bateria, ou embaixo do seu carro - catalisadores técnicos e industriais geralmente têm uma estrutura altamente complexa, "diz o Dr. Thomas Sheppard do Instituto de Tecnologia Química e Química de Polímeros (ITCP) do KIT." Para realmente entender como esses materiais funcionam, precisamos dar uma olhada dentro do reator quando o catalisador está funcionando, idealmente com uma ferramenta analítica para detectar a estrutura 3-D complexa do catalisador ativo. "

p A espectroscopia de raios-X Operando fornece imagens 3-D e informações químicas importantes

p Thomas Sheppard dirigiu um estudo sobre conversores catalíticos automotivos, cujos resultados agora são relatados em Catálise Natural pelos pesquisadores envolvidos do KIT, PSI, e ESRF. Para seus estudos, a equipe usou uma configuração recém-desenvolvida e realizou experimentos de tomografia em instalações de radiação síncrotron na Suíça e na França. A tomografia computadorizada produz imagens 3-D de uma amostra, incluindo o exterior e o interior, sem precisar abri-lo. Usando um reator especial, os pesquisadores realizaram tomografia e espectroscopia de raios-X para rastrear um processo catalítico ativo. Desta maneira, eles conseguiram observar a estrutura 3-D de um catalisador de controle de emissão em condições exatamente como as de um escapamento automotivo real. Esta chamada espectroscopia de raios-X operando fornece não apenas a estrutura 3-D da amostra, mas também informações químicas importantes.

p Método adequado para vários catalisadores

p "Uma vez que os catalisadores costumam ter uma estrutura bastante complexa e não uniforme, é importante saber se todo o volume do catalisador ou apenas partes dele estão desempenhando sua função química conforme pretendido, "explica Johannes Becher da ITCP, um dos principais autores do estudo. "A espectroscopia de raios-X Operando nos permite ver a estrutura e função específicas de cada peça. Isso nos diz se o catalisador está funcionando com eficiência máxima ou não e, mais importante, ajuda-nos a compreender os processos subjacentes. "Durante a reação, a equipe observou um gradiente estrutural das espécies ativas de cobre dentro do catalisador, que não podiam ser detectados anteriormente usando ferramentas analíticas convencionais. Esta é uma importante informação de diagnóstico no desempenho de catalisadores de controle de emissão. O método em si pode ser aplicado a muitos catalisadores e processos químicos diferentes.

p Novas oportunidades para materiais e diagnósticos de reação

p Os estudos da equipe mostram como visualizar o estado químico de um catalisador ativo em 3-D pode trazer novas oportunidades para materiais e diagnósticos de reação. "Até agora, não era possível selecionar livremente qualquer peça de um catalisador de trabalho e entender quais reações aconteciam nele sem perturbá-lo. Agora, podemos acompanhar exatamente quais reações estão ocorrendo, Onde, e porque, "diz o professor Jan-Dierk Grunwaldt da ITCP." Esta é a chave para melhorar nossa compreensão dos processos químicos e projetar catalisadores melhores e mais eficientes no futuro. "Estudos usando espectroscopia de raios-X operando podem ser realizados em diferentes fontes de radiação síncrotron, desde que exista um ambiente de amostra apropriado. Os grupos de Jan-Dierk Grunwaldt e Thomas Sheppard continuarão suas investigações como parte do novo Centro de Pesquisa Colaborativa TrackAct no KIT. TrackAct visa compreender e melhorar o projeto e a eficiência dos catalisadores de controle de emissão.