p A conservação ambiental e a sustentabilidade futura exigem inovação de engenheiros químicos, desde ajustes na estrutura microscópica dos materiais até a mudança na forma como a produção industrial em grande escala é feita. Um desafio urgente é como mitigar óxidos nítricos (NOx) ambientalmente poluentes emitidos por motores e indústrias automotivas. p Uma equipe liderada por Chao Wang, professor do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Escola de Engenharia de Whiting da Universidade Johns Hopkins, descobriu uma nova maneira de caracterizar quantitativamente as estruturas atômicas de locais ativos em materiais amplamente usados ​​na indústria como catalisadores - trabalho que estabelece a base para o projeto de fontes de energia mais ecologicamente corretas e sustentáveis. Seus resultados foram publicados na última edição da Catálise Natural .

p “Com o conhecimento estabelecido em nosso trabalho, podemos projetar catalisadores / materiais melhores para melhorar a eficiência de energia e conversão química de muitos processos químicos, tais como controle de emissão e conversão de gás natural em alimentação de produtos químicos líquidos ou combustíveis, "disse Wang." O objetivo final é reduzir as emissões dos motores de combustão e escapamentos e usar o gás natural de uma forma mais limpa e verde. "

p No estudo, a equipe Wang trabalhou com zeólitas trocadas com Cu, que são frequentemente usados ​​em processos industriais, e que são muito promissores como catalisadores econômicos e eficientes que podem quebrar ou decompor o poluente óxido nítrico. Contudo, até agora, a correlação entre a estrutura desses materiais e como eles se comportam permanece misteriosa.

p Primeiro, os pesquisadores sintetizaram vários zeólitos trocados por Cu e utilizaram a adsorção reativa, usando espectroscopia para caracterizar a estrutura atômica das zeólitas e propriedades de adsorção. Então, eles usaram cálculos da teoria da função de densidade (DFT) para estabelecer uma correlação linear entre a análise de adsorção e a cinética catalítica.

p "O segredo dos zeólitos trocados por Cu de alto desempenho na decomposição do NO recai sobre a adsorção e compressão sutis das moléculas de NO localizadas nos dímeros de Cu. É evolutivo que tais fenômenos sejam observados, "disse Wang.

p Em tais sistemas microporosos ZSM-5 trocados por Cu, conforme revelado pelo grupo Wang, a propriedade de adsorção e energia de compressão, que são parâmetros-chave e que governam o desempenho catalítico na decomposição de NO, pode ser manipulado pelo número de sítios diméricos e a distância média Cu-Cu em catalisadores de zeólita.

p "Integramos tecnologias experimentais e computacionais de ponta para quantificar primeiro os dímeros de Cu, medir a distância média e prever o desempenho catalítico. Os catalisadores diméricos também são aplicáveis ​​a outras reações industriais importantes, como a oxidação do metano. Esperamos lançar luz sobre o design e desenvolvimento de materiais catalíticos avançados, "disse Pengfei Xie, um cientista assistente de pesquisa no laboratório de Wang, e o primeiro autor do artigo.

p Próximo, Wang planeja alavancar as descobertas neste trabalho para desenvolver novas tecnologias para a remoção eficiente de óxidos de nitrogênio de escapamentos em baixas temperaturas.

p “Isso resolveria o grande desafio das emissões nas partidas a frio dos veículos, " ele explicou.