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As proporções estritamente definidas de metais nos MOFs os tornam materiais de partida ideais para a criação de novos catalisadores.
O aquecimento de estruturas orgânicas de metal bimetálico (MOFs) até que sua estrutura porosa se desintegre em nanopartículas pode ser uma maneira altamente eficaz de fazer catalisadores. Esta nova abordagem para design de catalisador foi agora usada por KAUST e pesquisadores espanhóis para fazer um catalisador robusto que converte dióxido de carbono (CO 2 ) em gás monóxido de carbono (CO) com seletividade sem precedentes.
O benefício deste método pioneiro na KAUST é que ele pode gerar nanopartículas catalíticas de metais mistos que se mostraram desafiadores ou impossíveis de fazer por meios convencionais.
Capturando CO 2 emissões e convertendo cataliticamente o gás de efeito estufa em CO, uma valiosa matéria-prima química, é uma opção para reduzir os gases de efeito estufa associados às mudanças climáticas. Metais preciosos podem catalisar essa reação, mas são caros e os suprimentos são limitados, diz Samy Ould-Chikh, um engenheiro de pesquisa na KAUST.
"Os catalisadores de óxido de ferro são uma alternativa barata, "Ould-Chikh diz." No entanto, na presença de CO, o ferro é carbonizado formando carboneto de ferro, que leva à formação de subprodutos e desativação do catalisador. "
Adicionar titânio às partículas de catalisador pode estabilizar o óxido de ferro contra a cementação. Incompatibilidades químicas entre os precursores de ferro e titânio, Contudo, tornou impossível sintetizar nanopartículas incorporando uma mistura homogênea dos dois metais na proporção necessária. Para superar essa limitação, a equipe recorreu a MOFs, materiais porosos feitos de íons de metal conectados entre si por ligantes à base de carbono.
"O uso de MOFs nos permite controlar perfeitamente a proporção de ferro-titânio no MOF pai, "diz o engenheiro de pesquisa Adrian Ramirez Galilea. O aquecimento decompõe a parte orgânica do MOF, deixando os dois metais para trás, homogeneamente misturados na proporção desejada e em nanopartículas octaédricas puras que espelham a estrutura do MOF pai.
As nanopartículas converteram CO 2 para CO com 100 por cento de seletividade, sem sinal de desativação após vários dias de uso. "Nossos cálculos iniciais sugeriram que nanopartículas com tais proporções atômicas deveriam ser capazes de fazer o trabalho; no entanto, os resultados excederam em muito nossas expectativas originais, "Gascon diz.
Além de continuar a explorar as propriedades e reatividade do nanocatalisador de ferro-titânio, a equipe está examinando outros sistemas de catalisador de metal feitos de MOFs da mesma maneira. “O uso de MOFs abre caminho para sintetizar novos catalisadores que não eram possíveis de fazer usando as abordagens convencionais, "Ramirez Galilea diz.
"Estamos procurando diferentes combinações de metais para aplicações que vão desde a catálise térmica tradicional até a foto e catálise fototérmica, "acrescenta Jorge Gascon, quem liderou a pesquisa. "Este papel é apenas a ponta do iceberg."
