Tecnologia Científica

A descoberta de nanocluster protegera¡ metais preciosos
A descoberta da equipe éa chave para desbloquear todo o potencial da cata¡lise em química, levando a novas maneiras de fazer e usar moléculas da maneira mais eficiente em termos de a¡tomos e resilientes em energia.
Por University of Nottingham - 17/08/2021


Doma­nio paºbllico

Os cientistas criaram um novo tipo de catalisador que levara¡ a maneiras novas e sustenta¡veis ​​de fazer e usar moléculas e proteger o fornecimento de metais preciosos.

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.

Em sua nova pesquisa, publicada hoje na Nature Communications , eles demonstram que o comportamento dos nanoclusters de pala¡dio não se ajusta a s caracteri­sticas ortodoxas que definem os catalisadores como homogaªneos ou heterogaªneos.

Tradicionalmente, os catalisadores são divididos em homogaªneos, quando os centros catala­ticos estãointimamente misturados com as moléculas reagentes, e heterogaªneos, quando as reações ocorrem nasuperfÍcie de um catalisador. Normalmente, os químicos devem fazer concessaµes ao escolher um tipo ou outro, pois os catalisadores homogaªneos são mais seletivos e ativos, e os catalisadores heterogaªneos são mais dura¡veis ​​e reutiliza¡veis. No entanto, os nanoclusters de a¡tomos de pala¡dio parecem desafiar as categorias tradicionais, como demonstrado pelo estudo de seu comportamento catala­tico na reação de ciclopropanação do estireno.

Os catalisadores habilitam quase 80% dos processos químicos industriais que fornecem os ingredientes mais vitais de nossa economia, desde materiais (como polímeros) e produtos farmacaªuticos atéagroqua­micos, incluindo fertilizantes e proteção de lavouras. A alta demanda por catalisadores significa que os suprimentos globais de muitos metais aºteis, incluindo ouro, platina e pala¡dio, estãose esgotando rapidamente. O desafio éutilizar cada a¡tomo em seu potencial ma¡ximo. A exploração de metais na forma de nanoclusters éuma das estratanãgias mais poderosas para aumentar a área desuperfÍcie ativa dispona­vel para cata¡lise. Além disso, quando asDimensões dos nanoclusters ultrapassam a escala nanomanãtrica, as propriedades do metal pode mudar drasticamente, levando a novos fena´menos de outra forma inacessa­veis na macroescala.

A equipe de pesquisa usou técnicas anala­ticas e de imagem para sondar a estrutura, dina¢mica e propriedades químicas dos nanoclusters, para revelar o funcionamento interno deste catalisador incomum emnívelata´mico.
 
A descoberta da equipe éa chave para desbloquear todo o potencial da cata¡lise em química, levando a novas maneiras de fazer e usar moléculas da maneira mais eficiente em termos de a¡tomos e resilientes em energia.

A pesquisa foi liderada pelo Dr. Jesum Alves Fernandes, pesquisador da Propulsion Futures Beacon Nottingham Research Fellow da Escola de Quí­mica, ele disse: "Usamos a maneira mais direta de fazer nanoclusters, simplesmente chutando para fora os a¡tomos do metal em massa por um feixe de a­ons rápidos de arga´nio, um manãtodo chamado de pulverização cata³dica de magnetron. Normalmente, esse manãtodo éusado para fazer revestimentos ou filmes, mas noso ajustamos para produzir nanoclusters de metal que podem ser depositados em quase qualquersuperfÍcie. a‰ importante ressaltar que o tamanho do nanocluster pode ser controlado com precisão por parametros experimentais, de um aºnico a¡tomo a alguns nana´metros, de modo que uma sanãrie de nanoclusters uniformes possam ser gerados sob demanda em segundos. "

Dr. Andreas Weilhard, pesquisador de pa³s-doutorado da Green Chemicals Beacon na equipe acrescentou: "AssuperfÍcies dos aglomerados de metal produzidas por este manãtodo são completamente 'nuas' e, portanto, altamente ativas e acessa­veis para reações químicas que levam a alta atividade catala­tica."

O professor Peter License, diretor do Laborata³rio GSK Carbon Neutral da University of Nottingham acrescentou: "Este manãtodo de fabricação de catalisador éimportante não apenas porque permite o uso mais econa´mico de metais raros, mas o faz da maneira mais limpa, sem qualquer necessidade para solventes ou reagentes qua­micos, gerando na­veis muito baixos de resíduos, o que éum fator cada vez mais importante para as tecnologias de química verde. ”

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

O professor Andrei Khlobystov, principal investigador do MASI, disse: "Nosso projeto estãodefinido para revolucionar as maneiras como os metais são usados ​​em uma ampla gama de tecnologias e para quebrar nossa dependaªncia de elementos criticamente ameaa§ados. Especificamente, o MASI fara¡ avanços em: a redução de emissaµes de dia³xido de carbono (CO 2 ) e sua valorização em produtos químicos aºteis; a produção de ama´nia 'verde' (NH 3 ) como um combusta­vel de emissão zero alternativo e um novo vetor para armazenamento de hidrogaªnio; e o fornecimento de células de combusta­vel mais sustenta¡veis ​​e tecnologias de eletrolisador. "

Os nanoclusters de metal são ativados para reações com molanãculas, que podem ser impulsionadas por calor, luz ou potencial elanãtrico, enquanto as interações sintoniza¡veis ​​com materiais de suporte fornecem durabilidade e reutilização dos catalisadores. Em particular, os catalisadores MASI sera£o aplicados para a ativação de moléculas difa­ceis de quebrar (por exemplo, N 2 , H 2 e CO 2 ) em reações que constituem a espinha dorsal da indústria química, como o processo Haber-Bosch.

 

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