Uma equipe de pesquisadores de energia liderada pela Universidade de Minnesota Twin Cities inventou um dispositivo que converte eletronicamente um metal para que ele se comporte como outro para ser usado como catalisador em reações químicas. O dispositivo, chamado de "condensador catala­tico", éo primeiro a demonstrar que materiais alternativos que são modificados eletronicamente para fornecer novas propriedades podem produzir um processamento qua­mico mais rápido e eficiente.

A invenção abre as portas para novas tecnologias catala­ticas usando catalisadores de metais não preciosos para aplicações importantes, como armazenamento de energia renova¡vel , fabricação de combusta­veis renova¡veis ​​e fabricação de materiais sustenta¡veis .

A pesquisa épublicada online no  JACS Au , onde foi selecionada como uma publicação do Editor's Choice. A equipe também estãotrabalhando com o Escrita³rio de Comercialização de Tecnologia da Universidade de Minnesota e possui uma patente provisãoria do dispositivo.

O processamento qua­mico do século passado contou com o uso de materiais específicos para promover a fabricação de produtos químicos e materiais que usamos em nossas vidas cotidianas. Muitos desses materiais, como metais preciosos rutaªnio, platina, ra³dio e pala¡dio, possuem propriedades eletra´nicas desuperfÍcie únicas. Eles podem atuar como metais e a³xidos meta¡licos, tornando-os cra­ticos para o controle de reações químicas .

O paºblico em geral provavelmente estãomais familiarizado com esse conceito em relação ao aumento nos roubos de catalisadores em carros. Os conversores catala­ticos são valiosos por causa do ra³dio e pala¡dio dentro deles. Na verdade, o pala¡dio pode ser mais caro que o ouro.

Esses materiais caros geralmente são escassos em todo o mundo e se tornaram uma grande barreira para o avanço da tecnologia.

Para desenvolver esse manãtodo para ajustar as propriedades catala­ticas de materiais alternativos , os pesquisadores confiaram em seu conhecimento de como os elanãtrons se comportam nassuperfÍcies. A equipe testou com sucesso uma teoria de que adicionar e remover elanãtrons de um material poderia transformar o a³xido meta¡lico em algo que imitasse as propriedades de outro.

"Os a¡tomos realmente não querem mudar seu número de elanãtrons, mas inventamos o dispositivo condensador catala­tico que nos permite ajustar o número de elanãtrons nasuperfÍcie do catalisador", disse Paul Dauenhauer, MacArthur Fellow e professor de engenharia química e ciência dos materiais da Universidade de Minnesota, que liderou a equipe de pesquisa. “Isso abre uma oportunidade inteiramente nova para controlar a química e fazer com que materiais abundantes ajam como materiais preciosos”.

O dispositivo condensador catala­tico usa uma combinação de filmes nanomanãtricos para mover e estabilizar elanãtrons nasuperfÍcie do catalisador. Este projeto tem o mecanismo aºnico de combinar metais e a³xidos meta¡licos com grafeno para permitir o fluxo rápido de elanãtrons comsuperfÍcies que são ajusta¡veis ​​para química.

"Usando várias tecnologias de filme fino, combinamos um filme de alumina em nanoescala feito de metal de aluma­nio abundante de baixo custo com grafeno, que pudemos ajustar para assumir as propriedades de outros materiais", disse Tzia Ming Onn, um pesquisador de pa³s-doutorado na Universidade de Minnesota que fabricou e testou os condensadores catala­ticos. "A capacidade substancial de ajustar as propriedades catala­ticas e eletra´nicas do catalisador superou nossas expectativas."

O projeto do condensador catala­tico tem ampla utilidade como dispositivo de plataforma para uma variedade de aplicações de fabricação. Essa versatilidade vem de sua fabricação nanomanãtrica que incorpora o grafeno como componente capacitador da camada superficial ativa. O poder do dispositivo para estabilizar elanãtrons (ou a ausaªncia de elanãtrons chamados "buracos") éajusta¡vel com composição varia¡vel de uma camada interna fortemente isolante. A camada ativa do dispositivo também pode incorporar qualquer material catalisador ba¡sico com aditivos adicionais, que podem ser ajustados para atingir as propriedades de materiais catala­ticos caros.

"Vemos o condensador catala­tico como uma tecnologia de plataforma que pode ser implementada em uma sanãrie de aplicações de fabricação", disse Dan Frisbie, professor e chefe do Departamento de Engenharia Quí­mica e Ciência de Materiais da Universidade de Minnesota e membro da equipe de pesquisa. "As ideias principais do design e os novos componentes podem ser modificados para quase qualquer química que possamos imaginar."

A equipe planeja continuar sua pesquisa sobre condensadores catala­ticos aplicando-os a metais preciosos para alguns dos problemas ambientais e de sustentabilidade mais importantes. Va¡rios projetos paralelos já estãoem andamento para armazenar eletricidade renova¡vel como ama´nia, fabricar as principais moléculas em pla¡sticos renova¡veis ​​e limpar fluxos de resíduos gasosos.