Pesquisadores na Austrália conseguiram usar vestígios de platina líquida para criar reações químicas baratas e altamente eficientes em baixas temperaturas, abrindo caminho para reduções dramáticas de emissões em indústrias cruciais.
Quando combinado com gálio líquido, as quantidades de platina necessárias são pequenas o suficiente para aumentar significativamente as reservas terrestres desse valioso metal, oferecendo potencialmente soluções mais sustentáveis ​​para CO₂ redução, síntese de amônia na produção de fertilizantes e criação de células de combustível verde, juntamente com muitas outras aplicações possíveis em indústrias químicas.

Essas descobertas, que se concentram na platina, são apenas uma gota no oceano de metal líquido quando se trata do potencial desses sistemas de catálise. Ao expandir este método, poderia haver mais de 1.000 combinações possíveis de elementos para mais de 1.000 reações diferentes.

Os resultados serão publicados na revista Nature Chemistry na segunda-feira, 6 de junho.

A platina é muito eficaz como catalisador (o gatilho para reações químicas), mas não é amplamente utilizada em escala industrial porque é cara. A maioria dos sistemas de catálise envolvendo platina também tem altos custos de energia para operar.

Normalmente, o ponto de fusão da platina é de 1.700°C. E quando é usado em estado sólido para fins industriais, precisa haver cerca de 10% de platina em um sistema catalítico baseado em carbono.

Não é uma proporção acessível ao tentar fabricar componentes e produtos para venda comercial.

No entanto, isso pode mudar no futuro, depois que cientistas da UNSW Sydney e da RMIT University encontraram uma maneira de usar pequenas quantidades de platina para criar reações poderosas e sem custos de energia caros.

A equipe, incluindo membros do ARC Center of Excellence in Exciton Science e do ARC Center of Excellence in Future Low Energy Technologies, combinou a platina com o gálio líquido, que tem um ponto de fusão de apenas 29,8°C – que é a temperatura ambiente em um dia. Quando combinado com gálio, a platina torna-se solúvel. Em outras palavras, ele derrete, e sem acender uma fornalha industrial extremamente poderosa.

Para este mecanismo, o processamento a uma temperatura elevada só é necessário na fase inicial, quando a platina é dissolvida em gálio para criar o sistema de catálise. E mesmo assim, é apenas cerca de 300°C por uma ou duas horas, longe das altas temperaturas contínuas frequentemente exigidas na engenharia química em escala industrial.

O autor colaborador Dr. Jianbo Tang da UNSW comparou-o a um ferreiro usando uma forja quente para fazer equipamentos que durarão anos.

"Se você está trabalhando com ferro e aço, precisa aquecê-lo para fazer uma ferramenta, mas você tem a ferramenta e nunca mais precisa aquecê-la novamente", disse ele.

"Outras pessoas tentaram essa abordagem, mas precisam operar seus sistemas de catálise em temperaturas muito altas o tempo todo".

Para criar um catalisador eficaz, os pesquisadores precisavam usar uma proporção de menos de 0,0001 platina para gálio. E o mais notável de tudo, o sistema resultante provou ser mais de 1.000 vezes mais eficiente do que seu rival de estado sólido (aquele que precisava ser cerca de 10% caro de platina para funcionar)

As vantagens não param por aí—por ser um sistema baseado em líquido, também é mais confiável. Os sistemas catalíticos de estado sólido eventualmente entopem e param de funcionar. Isso não é um problema aqui. Como um recurso de água com uma fonte embutida, o mecanismo de líquido se renova constantemente, auto-regulando sua eficácia por um longo período de tempo e evitando o equivalente catalítico de espuma de lagoa acumulada na superfície.

Dr. Md. Arifur Rahim, principal autor da UNSW Sydney, disse:"A partir de 2011, os cientistas foram capazes de miniaturizar sistemas de catalisadores até o nível atômico dos metais ativos. Para manter os átomos separados uns dos outros, os sistemas convencionais requerem matrizes sólidas (como grafeno ou óxido metálico) para estabilizá-los.Pensei, por que não usar uma matriz líquida em vez disso e ver o que acontece.

"Os átomos catalíticos ancorados em uma matriz sólida são imóveis. Adicionamos mobilidade aos átomos catalíticos em baixa temperatura usando uma matriz de gálio líquido."

O mecanismo também é versátil o suficiente para realizar reações de oxidação e redução, nas quais o oxigênio é fornecido ou retirado de uma substância, respectivamente.

Os experimentalistas da UNSW tiveram que resolver alguns mistérios para entender esses resultados impressionantes. Usando química computacional avançada e modelagem, seus colegas do RMIT, liderados pelo professor Salvy Russo, conseguiram identificar que a platina nunca se torna sólida, até o nível de átomos individuais.

Exciton Science Research Fellow Dr. Nastaran Meftahi revelou a importância do trabalho de modelagem de sua equipe RMIT.

"O que descobrimos é que os dois átomos de platina nunca entraram em contato um com o outro", disse ela.

"Eles sempre foram separados por átomos de gálio. Não há platina sólida se formando neste sistema. É sempre atomicamente disperso dentro do gálio. Isso é muito legal e foi o que descobrimos com a modelagem, que é muito difícil de observar diretamente por meio de experimentos."

Surpreendentemente, é na verdade o gálio que faz o trabalho de conduzir a reação química desejada, agindo sob a influência de átomos de platina nas proximidades.

O investigador associado da Exciton Science, Dr. Andrew Christofferson, do RMIT, explicou como esses resultados são novos:"A platina está realmente um pouco abaixo da superfície e está ativando os átomos de gálio ao seu redor. Então a mágica está acontecendo no gálio sob a influência da platina .

"Mas sem a platina lá, isso não acontece. Isso é completamente diferente de qualquer outra catálise que alguém tenha mostrado, que eu saiba. E isso é algo que só pode ter sido mostrado através da modelagem." + Explorar mais

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