p Engenheiros químicos da Universidade de Illinois Urbana-Champaign agora entendem como as moléculas de água se agrupam e mudam de forma em alguns ambientes, revelando uma nova estratégia para acelerar reações químicas críticas para a indústria e a sustentabilidade ambiental. A nova abordagem está preparada para desempenhar um papel em ajudar os fabricantes de produtos químicos a se afastarem dos catalisadores solventes prejudiciais em favor da água. p Seu método aproveita os furos, túneis e passagens dentro de cristais microporosos em nanoescala chamados zeólitas. Os espaços dos poros dentro de alguns zeólitos são tão estreitos que, quando saturados com água, eles só podem caber em cadeias de uma única molécula dentro de seus limites. Essas cadeias de moléculas de água de arquivo único têm propriedades termoquímicas diferentes das da água normal ou "em massa", os pesquisadores disseram, que tem consequências em muitas disciplinas científicas.

p O estudo, liderado pelo professor de engenharia química e biomolecular David Flaherty, é publicado no jornal Catálise Natural .

p Zeólitos, que podem se comportar como pequenas esponjas, filtros ou mesmo catalisadores, têm sido usados ​​há anos em materiais que absorvem derramamentos ambientais e purificam água e outros produtos químicos. Os pesquisadores entendem que as interações com a água dentro dos poros da zeólita afetam muito sua estabilidade como catalisadores, mas não está claro como ou por que isso acontece.

p No laboratório, a equipe usou métodos espectroscópicos para medir diferenças sistemáticas entre a forma e o arranjo das moléculas de água na fase a granel e as moléculas de água confinadas em uma série de zeólitos com diâmetros de poro progressivamente menores, incluindo 1,3, 0,7, 0,5 e 0,3 nanômetros — 5, 000 a 10, 000 vezes menor que a espessura de um cabelo humano.

p "Vimos taxas mais altas de reações químicas perto de pequenos aglomerados de moléculas de água confinados nos poros da zeólita do que naqueles sem água ou em água em massa, "Flaherty disse." Correlações entre as mudanças de entropia na água causadas pela reação, as taxas de reação e o tamanho dos poros da zeólita sugerem que as mudanças na estrutura dos aglomerados e cadeias de água são responsáveis ​​pela melhoria nas taxas catalíticas. "

p "Quando as estruturas da água em forma de cadeia tiveram que se reorganizar para acomodar as moléculas reagentes, levou a aumentos inesperados - e dramáticos - nas taxas, "disse o autor principal e ex-aluno de graduação de Illinois Daniel Bregante." Essas descobertas são uma peça importante do quebra-cabeça para entender por que certas combinações de catalisadores, solventes e reagentes levaram a taxas maiores do que outros. "

p Do ponto de vista da tecnologia, os pesquisadores dizem que agora sabem como criar zeólitos sintéticos melhores e ajustá-los para influenciar reações de muitos tipos.

p "Este princípio também é relevante para materiais além de zeólitas e outros processos químicos, "Disse Flaherty." Eletrocatálise e outras tecnologias de sorção e separação usam materiais microporosos para conversões ou purificações de hidrocarbonetos ou produtos derivados de biomassa, por exemplo. "O trabalho da equipe pode mudar a maneira como outras pessoas projetam e sintetizam materiais para essas aplicações.

p Professor de Illinois, Diwakar Shukla; alunos de graduação Matthew Chan, Jun Zhi Tan e Zeynep Ayla; e Christopher Nicholas, da Honeywell, Des Plaines, Eu vou., participaram deste estudo.