p Pode soar como um jogo de futebol pós-temporada para jogadores muito pequenos, mas o "nanobowl" não tem nada a ver com esportes e tudo a ver com melhorar a forma como os biocombustíveis são produzidos. Essa é a esperança de uma equipe de cientistas do Institute for Atom Efficient Chemical Transformations (IACT), um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia liderado pelo Laboratório Nacional de Argonne (ANL), e incluindo a Northwestern University, a University of Wisconsin e a Purdue University. A equipe está usando uma técnica de estratificação desenvolvida para fabricação de microchip para construir "tigelas" em nanoescala (bilionésimo de metro) que protegem os catalisadores de metal em miniatura das condições adversas de refino de biocombustíveis. Além disso, o tamanho, forma, e a composição das nanopartículas pode ser facilmente adaptada para aprimorar sua funcionalidade e especificidade. p O time, liderado por Jeffrey Elam, químico principal da Divisão de Sistemas de Energia da ANL, apresentará sua pesquisa durante o 59º Simpósio e Exposição Internacional AVS, realizada de 28 de outubro a novembro. 2, 2012, em Tampa, Flórida

p Nos últimos anos, nanopartículas de metais, como platina, irídio e paládio suportados em superfícies de óxido de metal têm sido considerados como catalisadores para converter biomassa - matéria orgânica de plantas como o milho, cana-de-açúcar e sorgo - em combustíveis alternativos da forma mais eficiente possível. Infelizmente, sob condições típicas de biorrefinamento, onde a água líquida pode atingir temperaturas de 200 graus Celsius (392 graus Fahrenheit) e pressões de 4, 100 quilopascais (600 libras por polegada quadrada), as minúsculas nanopartículas de metal podem se aglomerar em partículas muito maiores que não são cataliticamente ativas. Adicionalmente, essas condições extremas podem dissolver o suporte.

p "Precisávamos de um método para proteger os catalisadores sem reduzir sua capacidade de funcionar conforme desejado durante o biorrefino, "Elam diz." Nossa solução foi usar a deposição da camada atômica [ALD], um processo comumente empregado pela indústria de semicondutores para estabelecer camadas espessas de um único átomo de material, para construir uma 'nanobowl' em torno da partícula de metal. "

p Para criar uma matriz de nanobowls contendo catalisadores ativos, os pesquisadores primeiro usam ALD para depositar milhões de nanopartículas de metal (os nanocatalisadores eventuais) em uma superfície de suporte. O próximo passo é adicionar uma espécie orgânica que vai se ligar apenas às nanopartículas metálicas e não ao suporte. Este "grupo protetor" orgânico serve como o molde em torno do qual as nanobowls são moldadas.

p "Novamente usando ALD, depositamos camada sobre camada de um material inorgânico conhecido como nióbio [pentóxido de nióbio] em torno do grupo protetor para definir a forma dos nanobowls em nossa matriz, "Elam diz." Uma vez que a espessura desejada da nióbia é alcançada, removemos os grupos protetores e deixamos nossas nanopartículas metálicas abrigadas em nanobowls que as impedem de se aglomerar. Além disso, o revestimento de nióbia protege o substrato das condições extremas encontradas durante o biorrefino. "

p Elam diz que as próprias nanopartículas podem ser feitas para melhorar a funcionalidade geral da matriz do catalisador que está sendo produzida. "Em uma altura específica, podemos colocar camadas ALD de material cataliticamente ativo nas paredes da nanobowl e criar um cocatalisador que funcionará em conjunto com os nanocatalisadores. Também, selecionando cuidadosamente o grupo de proteção orgânico, podemos ajustar o tamanho e a forma das cavidades de nanobowl para direcionar moléculas específicas na mistura de biomassa. "

p Elam e seus colegas mostraram em laboratório que a combinação de nanobowl / nanopartícula pode sobreviver à alta pressão, ambiente aquoso de alta temperatura de refino de biomassa. Eles também demonstraram seletividade de tamanho e forma para os catalisadores de nanobowl. O próximo objetivo, ele diz, é medir com precisão o quão bem os catalisadores funcionam em um processo real de refino de biomassa.