Metais e óxidos metálicos depositados em extremidades opostas de um nanotubo de carbono. um Esquema representando um metal (vermelho) capaz de dissociar hidrogênio (amarelo) em um nanotubo de carbono onde o hidrogênio pode viajar até um óxido de metal (azul). b Imagem SEM de uma floresta de nanotubos com Pd e TiO2 depositados em extremidades opostas por evaporação de metal e após tratamento em hidrogênio por 1 h a 400 ° C. (A barra de escala em b indica 15 micrômetros). c – e Porções do topo, meio e fundo da floresta, respectivamente, com ampliação aumentada. (A barra de escala indica de cima para baixo 200, 500, e 250 nanômetros). Espectros de f – h EDS correspondentes às localizações indicadas em c – e. Crédito: Nature Communications (2018). DOI:10.1038 / s41467-018-06100-9
A pesquisa catalítica liderada pelo pesquisador da Universidade de Oklahoma Steven Crossley desenvolveu uma maneira nova e mais definitiva de determinar o sítio ativo em um catalisador complexo. A pesquisa de sua equipe foi publicada recentemente em Nature Communications .
Os catalisadores que consistem em partículas de metal suportadas em óxidos redutíveis mostram um desempenho promissor para uma variedade de reações industriais atuais e emergentes, como a produção de combustíveis e produtos químicos renováveis. Embora os resultados benéficos dos novos materiais sejam evidentes, identificar a causa da atividade do catalisador pode ser um desafio. Os catalisadores muitas vezes são descobertos e otimizados por tentativa e erro, tornando difícil separar as inúmeras possibilidades. Isso pode levar a decisões baseadas em evidências especulativas ou indiretas.
“Ao colocar o metal no suporte ativo, a atividade catalítica e seletividade são muito melhores do que você esperaria do que se combinasse o desempenho do metal com o suporte sozinho, "explicou Crossley, um engenheiro químico, Professor Presidencial Teigen e Professor Sam A. Wilson no Gallogly College of Engineering. "O desafio é que, quando você coloca os dois componentes juntos, é difícil entender a causa do desempenho promissor. "Compreender a natureza do sítio ativo catalítico é crítico para controlar a atividade e seletividade de um catalisador.
O novo método de Crossley de separar sítios ativos enquanto mantém a capacidade do metal de criar sítios ativos potenciais no suporte usa nanotubos de carbono crescidos verticalmente que agem como "estradas de hidrogênio". Para determinar se a atividade catalítica foi de contato direto entre o suporte e o metal ou de efeitos do promotor induzido por metal no suporte de óxido, A equipe de Crossley separou o paládio metálico do catalisador de óxido de titânio por uma distância controlada em uma ponte condutora de nanotubos de carbono. Os pesquisadores introduziram o hidrogênio no sistema e verificaram que o hidrogênio era capaz de migrar ao longo dos nanotubos para criar novos locais ativos potenciais no suporte de óxido. Eles então testaram a atividade catalítica desses materiais e a compararam com a atividade dos mesmos materiais quando o metal e o suporte estavam em contato físico direto.
"Em três experimentos, fomos capazes de descartar diferentes cenários e provar que é necessário ter contato físico entre o paládio e o titânio para produzir metil furano nessas condições, "Crossley disse.
As rodovias de hidrogênio de nanotubos de carbono podem ser usadas com uma variedade de diferentes catalisadores bifuncionais.
"Usando este método direto e simples, podemos entender melhor como esses materiais complexos funcionam, e usar essas informações para fazer melhores catalisadores, "Crossley disse.
