p Os catalisadores químicos são os agentes de mudança por trás da produção de quase tudo que usamos em nossas vidas diárias, de plásticos a medicamentos prescritos. Quando os catalisadores certos são misturados com os compostos químicos certos, moléculas que de outra forma levariam anos para interagir o fazem em meros segundos. p Contudo, desenvolver até mesmo um material catalisador para acionar essa coreografia precisa de átomos pode levar meses, mesmo anos, ao usar procedimentos tradicionais de química úmida que usam apenas reações químicas, frequentemente na fase líquida, para crescer nanopartículas.

p Pesquisadores da Universidade de Rochester dizem que há uma maneira de encurtar esse processo drasticamente - em vez de usar lasers pulsados ​​em líquidos para criar rapidamente e cuidadosamente ajustados, arranjos sistemáticos de nanopartículas que podem ser facilmente comparados e testados para uso como catalisadores.

p O processo é descrito em um Avaliações Químicas artigo de Astrid Müller, professora assistente de engenharia química na Universidade de Rochester, que adaptou a técnica para seu trabalho em soluções de energia sustentável. Três Ph.D. alunos em seu laboratório - co-autores Ryland Forsythe, Connor Cox, e Madeleine Wilsey - conduziu uma revisão exaustiva de quase 600 artigos anteriores envolvendo o uso de lasers pulsados ​​em líquidos. Como resultado, o artigo deles é o mais abrangente, levantamento atualizado de uma tecnologia que foi desenvolvida pela primeira vez em 1987.

p Lasers pulsados ​​em líquidos uma 'ferramenta indispensável' para descobrir catalisadores

p Então, como funciona a síntese de laser pulsado em líquido?

• Um laser pulsado é direcionado a um material sólido imerso em um líquido. Isso cria uma alta temperatura, plasma de alta pressão próximo à superfície do sólido.
• Conforme o plasma decai, ele vaporiza moléculas no líquido circundante, levando a uma bolha de cavitação. Dentro da bolha, reações químicas começam a ocorrer entre as partículas do líquido e as partículas que foram submetidas à ablação, ou solto, do sólido.
• Após expansões e contrações periódicas, a bolha de cavitação implode violentamente, causando ondas de choque e resfriamento rápido. Nanopartículas da bolha condensam em pequenos aglomerados que são injetados no líquido circundante e se tornam estáveis.

p A técnica de laser pulsado em líquidos oferece múltiplas vantagens sobre a síntese tradicional de nanomateriais em laboratório úmido. De acordo com Müller:

• Como as reações estão confinadas principalmente dentro da bolha de cavitação, as nanopartículas resultantes têm propriedades notavelmente uniformes. "Cada partícula produzida é criada nas mesmas condições, " ela diz.
• As propriedades das nanopartículas podem ser facilmente ajustadas ajustando os pulsos de laser e as composições químicas do sólido e do fluido circundante.
• Nanocatalisadores feitos a laser são intrinsecamente mais ativos do que aqueles obtidos por métodos de química úmida.
• Nanomateriais metaestáveis ​​com estruturas e composições desequilibradas podem ser facilmente produzidos. Esses materiais não podem ser feitos sob temperaturas e pressões moderadas.
• A síntese do laser pode ser controlada remotamente, aumentando o potencial para aplicações industriais em grande escala.

p A síntese de nanomateriais com laser pulsado em líquidos também é muito mais rápida do que os métodos tradicionais. A técnica pode preparar grandes quantidades de uma nanopartícula em uma hora ou menos. Matrizes sistemáticas de 70 materiais podem ser feitas em uma semana.

p “Essas vantagens tornam-no indispensável como ferramenta de descoberta, "diz Müller, cujo histórico inclui trabalho em lasers, materiais, e eletrocatálise. "Muitas vezes você tem pessoas que conhecem lasers e materiais, ou talvez eletrocatálise e materiais, mas você raramente consegue alguém com experiência em todos os três. "

p Ela diz, "Foi isso que nos obrigou a escrever este artigo, porque o grupo Müller pode reunir as perspectivas de todos os três campos. "

p Como os catalisadores podem combater as mudanças climáticas

p Enquanto trabalhava como cientista da equipe da Caltech, Müller foi o pioneiro na adaptação da técnica de laser em líquidos para preparar eletrocatalisadores não preciosos de separação de água que liberam oxigênio da água para produzir hidrogênio limpo. Em Rochester, o grupo Müller expande sua experiência para estudar eletrocatalisadores feitos a laser como uma forma de transformar o dióxido de carbono (CO ₂ ) em um ciclo fechado de combustíveis líquidos úteis, como metanol ou etanol.

p "Se você fosse queimar esses combustíveis novamente, você faz CO ₂ novamente, então você dá voltas e voltas. O carbono sempre fica dentro do ciclo, e não contribui para mais mudanças climáticas, "Müller diz." Para que isso funcione, precisamos de catalisadores, e ninguém sabe ainda quais seriam esses catalisadores - o que funcionaria e por quê, e por que outros catalisadores não funcionam. "

p Daí seu interesse em usar a síntese de laser em líquido pulsado para acelerar o processo. "É extremamente importante porque não podemos apenas sentar e esperar o melhor com as mudanças climáticas; precisamos trabalhar em tecnologias sucessoras agora, " ela diz.

p Até aqui, a síntese de laser em líquido pulsado teve apenas uso comercial limitado. O custo inicial de investir em tecnologia de laser é um obstáculo para muitas empresas, Müller diz. "Mas isso vai mudar à medida que este método ganha mais e mais tração, " ela acredita.

p Graças ao laboratório de Müller, a síntese de laser pulsado em líquidos certamente está recebendo mais atenção. Dentro de três semanas, o artigo deles se tornou um catalisador próprio ao ser baixado mais de 1, 500 vezes.