Até 1985, acreditava-se amplamente que o ouro era quimicamente inerte. Mas uma vez que os pesquisadores descobriram que as partículas de ouro de tamanho nanométrico podem atuar como catalisadores notáveis ​​e seletivos, um mundo de possibilidades se abriu.

Hoje, o ouro é usado em muitos processos catalíticos industriais, como a remoção de monóxido de carbono da exaustão em baixas temperaturas ou mesmo a substituição de catalisadores à base de mercúrio na produção de plásticos de PVC - ambos bons passos para o meio ambiente. Contudo, o ouro é caro e escasso.

Os pesquisadores da Virginia Tech visam maximizar o poder de cada átomo das partículas sem depender de tentativas e erros demorados. Este problema de longa duração pode ter uma solução em um futuro próximo, graças ao trabalho recentemente publicado de Hongliang Xin, professor assistente do Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Engenharia da Virginia Tech, e Xianfeng Ma, um pós-doutorado no grupo de pesquisa de Xin.

Em um novo estudo publicado na revista revisada por pares Cartas de revisão física , Xin e Ma propõem um novo modelo que pode racionalizar as tendências de reatividade de uma variedade de nanopartículas de ouro com tamanhos diferentes, formas, e composições, ou seja, o modelo pode prever a fórmula certa de catalisadores de ouro para atingir o resultado desejado para uma determinada reação química.

De acordo com Xin, este modelo demonstra que elétrons s, que não estão permanentemente ligados a nenhum átomo, como elétrons d localizados, governam a reatividade dos átomos da superfície. Isso desafia a sabedoria convencional do modelo de banda d padrão, que é a teoria amplamente usada para explicar a atividade catalítica.

"Este modelo pode ser facilmente compreendido por meio de uma analogia à dança de salão:se você está dançando com muitos amigos que são atraentes para você, é menos provável que você interaja com estranhos, "Xin disse." O mesmo pode ser dito dos átomos do catalisador, que será mais ativo para os reagentes se eles não estiverem rodeados por muitos átomos vizinhos atraentes. "

O grupo de pesquisa de Xin se concentra em modelagem computacional para soluções de energia, que é apoiado principalmente por Advanced Research Computing da Virginia Tech.

"Com relação à modelagem computacional, isso é extremamente importante porque os processos catalíticos são complexos e as informações nesse menor comprimento e escalas de tempo mais rápidas não são facilmente acessíveis com técnicas experimentais, "Xin disse." Nosso trabalho e muitos outros no campo podem oferecer recursos exclusivos para descobrir e projetar melhores catalisadores por meio de uma compreensão das tendências de reatividade de estrutura de catalisadores modelo em computadores. "

A descoberta tem aplicações práticas significativas, especialmente na indústria química e tecnologias de energia renovável. Devido à natureza geral do modelo, pode ser adaptado para uso com outros materiais catalíticos, como níquel, platina, e paládio, que são comumente usados ​​em processos catalíticos industriais.