p Os cientistas criaram um novo tipo de catalisador que levará a novos, formas sustentáveis ​​de fazer e usar moléculas e proteger o fornecimento de metais preciosos. p Uma equipe de pesquisa da Universidade de Nottingham projetou um novo tipo de catalisador que combina recursos que antes eram considerados mutuamente exclusivos e desenvolveu um processo para fabricar nanoclusters de metais em escala de massa.

p Em sua nova pesquisa, publicado hoje em Nature Communications , eles demonstram que o comportamento dos nanoclusters de paládio não está de acordo com as características ortodoxas que definem os catalisadores como homogêneos ou heterogêneos.

p Tradicionalmente, catalisadores são divididos em homogêneos, quando os centros catalíticos estão intimamente misturados com as moléculas reagentes, e heterogêneo, onde as reações ocorrem na superfície de um catalisador. Usualmente, os químicos devem fazer concessões ao escolher um tipo ou outro, como catalisadores homogêneos são mais seletivos e ativos, e os catalisadores heterogêneos são mais duráveis ​​e reutilizáveis. Contudo, os nanoclusters de átomos de paládio parecem desafiar as categorias tradicionais, como demonstrado estudando seu comportamento catalítico na reação de ciclopropanação de estireno.

p Os catalisadores habilitam quase 80 por cento dos processos químicos industriais que fornecem os ingredientes mais vitais de nossa economia, desde materiais (como polímeros) e produtos farmacêuticos até agroquímicos, incluindo fertilizantes e proteção de lavouras. A alta demanda por catalisadores significa que o fornecimento global de muitos metais úteis, incluindo ouro, platina e paládio, se esgotam rapidamente. O desafio é utilizar cada átomo em seu potencial máximo. A exploração de metais na forma de nanoclusters é uma das estratégias mais poderosas para aumentar a área de superfície ativa disponível para catálise. Além disso, quando as dimensões dos nanoclusters ultrapassam a escala nanométrica, as propriedades do metal podem mudar drasticamente, levando a novos fenômenos de outra forma inacessíveis na macroescala.

p A equipe de pesquisa usou técnicas analíticas e de imagem para sondar a estrutura, dinâmica, e propriedades químicas dos nanoclusters, para revelar o funcionamento interno deste catalisador incomum no nível atômico.

p A descoberta da equipe é a chave para desbloquear todo o potencial da catálise na química, levando a novas maneiras de fazer e usar moléculas da maneira mais eficiente em termos de átomos e resilientes em energia.

p A pesquisa foi conduzida pelo Dr. Jesum Alves Fernandes, Propulsion Futures Beacon Nottingham Research Fellow da School of Chemistry, ele disse:"Usamos a maneira mais direta de fazer nanoclusters, simplesmente chutando para fora os átomos do metal em massa por um feixe de íons rápidos de argônio - um método chamado de pulverização catódica por magnetron. Usualmente, este método é usado para fazer revestimentos ou filmes, mas nós o ajustamos para produzir nanoclusters de metal que podem ser depositados em quase qualquer superfície. Mais importante, o tamanho do nanocluster pode ser controlado com precisão por parâmetros experimentais, de um único átomo a alguns nanômetros, para que uma matriz de nanoclusters uniformes possa ser gerada sob demanda em segundos. "

p Dr. Andreas Weilhard, um pesquisador de pós-doutorado do Green Chemicals Beacon na equipe acrescentou:"Superfícies de aglomerados de metal produzidas por este método são completamente 'nuas', e, portanto, altamente ativo e acessível para reações químicas que levam a alta atividade catalítica. "

p Professor Peter License, O diretor do Laboratório de Carbono Neutro GSK da Universidade de Nottingham acrescentou:"Este método de fabricação de catalisador é importante não apenas porque permite o uso mais econômico de metais raros, mas faz da maneira mais limpa, sem necessidade de solventes ou reagentes químicos, gerando níveis muito baixos de resíduos, que é um fator cada vez mais importante para as tecnologias de química verde. "

p A Universidade está prestes a embarcar em um projeto de grande escala para expandir este trabalho com pesquisas que levem à proteção de elementos em perigo.

p Professor Andrei Khlobystov, investigador principal do MASI, disse:"Nosso projeto está definido para revolucionar as maneiras como os metais são usados ​​em uma ampla gama de tecnologias, e para quebrar nossa dependência de elementos criticamente ameaçados. Especificamente, O MASI fará avanços em:redução do dióxido de carbono (CO ₂ ) emissões e sua valorização em produtos químicos úteis; a produção de amônia 'verde' (NH ₃ ) como um combustível alternativo de emissão zero e um novo vetor para armazenamento de hidrogênio; e o fornecimento de células de combustível e tecnologias de eletrolisador mais sustentáveis. "

p Nanoclusters de metal são ativados para reações com moléculas, que pode ser impulsionado pelo calor, luz ou potencial elétrico, enquanto as interações ajustáveis ​​com materiais de suporte fornecem durabilidade e reutilização de catalisadores. Em particular, Os catalisadores MASI serão aplicados para a ativação de moléculas difíceis de quebrar (por exemplo, N ₂ , H ₂ e companhia ₂ ) em reações que constituem a espinha dorsal da indústria química, como o processo Haber-Bosch.