A preservação do meio ambiente e a sustentabilidade futura exigem inovação de engenheiros qua­micos, que podem fazer ajustes na estrutura microsca³pica dos materiais ou alterar a forma como a produção industrial em grande escala érealizada. Um desafio urgente que a indústria enfrenta émitigar as formas de a³xido na­trico que poluem o meio ambiente, coletivamente chamadas de NOx, emitidas por motores e indaºstrias automotivas.

Uma equipe liderada por Chao Wang , professor do Departamento de Engenharia Quí­mica e Biomolecular da Escola de Engenharia da Universidade Johns Hopkins e especialista em catalisadores de alto desempenho, descobriu uma nova maneira de caracterizar quantitativamente as estruturas atômicas de sa­tios ativos - um localização em uma enzima que se liga a outra substância durante uma reação - dentro de materiais amplamente usados ​​na indústria como catalisadores. O trabalho que estabelece a base para o projeto de fontes de energia mais ecologicamente corretas e sustenta¡veis. Seus resultados foram publicados na última edição da Nature Catalysis .

"Com o conhecimento estabelecido em nosso trabalho, podemos projetar melhores catalisadores / materiais para melhorar a eficiência de energia e conversão química de muitos processos qua­micos, como controle de emissão e conversão de gás natural em alimentação química la­quida ou combusta­veis", disse Wang. "O objetivo final éreduzir as emissaµes dos motores de combustão e escapamentos e usar o gás natural de uma forma mais limpa e verde."

No estudo, a equipe de Wang trabalhou com um tipo de material chamado zea³litas trocadas com cobre, ou zea³litas trocadas com cobre, que são frequentemente utilizadas em processos industriais e que prometem como catalisadores econa´micos e eficientes que podem quebrar ou decompor o a³xido na­trico , ou não. No entanto, atéagora, a correlação entre a estrutura desses materiais e como eles se comportam permaneceu misteriosa.

Primeiro, os pesquisadores sintetizaram vários zea³litos trocados por Cu e utilizaram um processo chamado adsorção reativa usando espectroscopia para caracterizar a estrutura atômica dos zea³litos e as propriedades de adsorção. Em seguida, eles usaram ca¡lculos da teoria da função de densidade para estabelecer uma correlação linear entre a análise de adsorção e a cinanãtica catala­tica.

"O segredo dos zea³litos trocados por Cu de alto desempenho na decomposição do NO recai sobre a adsorção e compressão sutis das moléculas de NO localizadas nos da­meros de Cu. a‰ evolutivo que tais fena´menos sejam observados", disse Wang.

Em tais sistemas microporosos ZSM-5 trocados por Cu, conforme revelado pelo grupo Wang, a propriedade de adsorção e a energia de compressão, que são parametros chave e que governam o desempenho catala­tico na decomposição de NO, podem ser manipuladas pelo número de sa­tios dimanãricos e pela média Dista¢ncia Cu-Cu em catalisadores zea³litos.

"Integramos tecnologias experimentais e computacionais de ponta para primeiro quantificar os da­meros de Cu, medir a distância média e prever o desempenho catala­tico. Os catalisadores dimanãricos também são aplica¡veis ​​a outras reações industriais importantes, como a oxidação do metano. Esperamos lana§ar luz sobre o projeto e desenvolvimento de materiais catala­ticos avana§ados ", disse Pengfei Xie, um cientista pesquisador assistente no laboratório de Wang e primeiro autor do artigo.

Em seguida, Wang planeja alavancar as descobertas neste trabalho para desenvolver novas tecnologias para a remoção eficiente de a³xidos de nitrogaªnio de escapamentos em baixas temperaturas.

“Isso resolveria o grande desafio das emissaµes nas partidas a frio dos vea­culos”, explicou.