Uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, descobriu uma relação fundamental entre tamanho, atividade e propriedades eletrônicas de catalisadores heterogêneos. Suas descobertas, publicadas na revista Nature, fornecem novos insights sobre o projeto de catalisadores mais eficientes e seletivos.

Catalisadores heterogêneos são materiais que facilitam as reações químicas, fornecendo uma superfície para os reagentes adsorverem e reagirem. O tamanho e a forma das partículas do catalisador desempenham um papel crucial na sua atividade e seletividade, mas os mecanismos subjacentes a estes efeitos não foram totalmente compreendidos.

Neste estudo, os pesquisadores usaram uma combinação de técnicas experimentais e teóricas para investigar as relações estrutura-propriedade-desempenho de catalisadores heterogêneos. Eles sintetizaram uma série de nanopartículas de paládio com diferentes tamanhos e estudaram sua atividade catalítica para a hidrogenação do etileno, reação importante na produção de combustíveis e produtos químicos.

Os resultados revelaram que a atividade das nanopartículas de paládio aumentou com a diminuição do tamanho das partículas. Esta tendência foi atribuída à maior área superficial de partículas menores, o que proporcionou mais sítios ativos para a reação. No entanto, os pesquisadores também descobriram que as propriedades eletrônicas das nanopartículas mudaram com a diminuição do tamanho das partículas, o que afetou a seletividade da reação.

Especificamente, os pesquisadores observaram uma diminuição no centro da banda d das nanopartículas de paládio com a diminuição do tamanho das partículas. Esta mudança na estrutura eletrônica resultou numa mudança na seletividade da reação do produto desejado, etano, para o produto indesejado, metano.

As descobertas deste estudo fornecem uma compreensão mais profunda da relação entre tamanho, atividade e propriedades eletrônicas de catalisadores heterogêneos. Este conhecimento pode ser usado para orientar o projeto racional de catalisadores mais eficientes e seletivos para uma ampla gama de processos industriais.

Além dos insights fundamentais obtidos com este estudo, os pesquisadores também demonstraram as implicações práticas de suas descobertas ao projetar um novo catalisador de paládio com atividade e seletividade aprimoradas para a hidrogenação de etileno. Este catalisador poderia potencialmente ser usado para melhorar a eficiência e reduzir o custo de produção de combustíveis e produtos químicos.

No geral, este estudo representa um avanço significativo no campo da catálise e abre novos caminhos para o desenvolvimento de processos catalíticos mais sustentáveis ​​e eficientes.