Muitos itens familiares, desde garrafas plásticas até móveis para exteriores, dependem de um processo que converte propano em propileno. Em 2021, um estudo ciência mostraram que os químicos podem usar catalisadores em nanoescala em tandem para combinar várias etapas dessa transformação em uma única reação – uma abordagem que aumenta o rendimento e reduz o custo. No entanto, a actividade nuclear subjacente não era clara, tornando difícil a adaptação desta técnica a outras reacções industriais importantes.
Novo algoritmo revela comportamento atômico oculto
Pesquisadores da Universidade de Rochester desenvolveram algoritmos capazes de identificar as propriedades atômicas que governam a complexa química envolvida nos catalisadores em nanoescala que convertem propano em propileno. Sua pesquisa, publicada Jornal da Sociedade Química AmericanaIsso explora interações detalhadas, que se tornam mais complexas à medida que os elementos se movem entre vários estados.
“Existem muitas possibilidades diferentes para o que está acontecendo em sítios ativos catalíticos, por isso precisávamos de uma abordagem algorítmica para rastrear de forma fácil, mas lógica, o grande número de possibilidades que existem e focar nas mais importantes”, disse Siddharth Deshpande, professor assistente no Departamento de Produtos Químicos e Sustentabilidade. “Refinamos nossos algoritmos e os usamos para fazer uma análise muito detalhada da fase metálica e da fase de óxido que impulsiona essa reação muito complexa.”
Comportamento inesperado do óxido e estabilidade do catalisador
Deshpande e sua estudante de doutorado em engenharia química, Snehita Srirangam, descobriram vários padrões inesperados durante sua investigação. Eles descobriram que o óxido na reação tendia a se formar em torno dos locais metálicos defeituosos de uma maneira altamente seletiva, uma característica que desempenhou um papel essencial na estabilização do catalisador. Embora os óxidos possam estar presentes em uma variedade de composições químicas, eles estão consistentemente localizados em torno dos locais metálicos defeituosos.
Amplo potencial para química industrial
Segundo Deshpande, esses resultados e as ferramentas algorítmicas utilizadas para obtê-los podem ajudar os pesquisadores a investigar a estrutura atômica de outras reações, incluindo a síntese do metanol usado em tudo, desde tintas até células de combustível. Com o tempo, ele acredita que esta visão poderá levar as empresas a métodos mais eficientes de produção de propileno e outros materiais industriais, reduzindo a sua dependência dos métodos de tentativa e erro que dominaram o campo durante décadas.
“Nossa abordagem é muito geral e pode abrir a porta para a compreensão de muitos desses processos que permaneceram um mistério durante décadas”, disse Deshpande. “Sabemos que esses processos funcionam e fabricamos toneladas desses produtos químicos, mas temos muito que aprender sobre exatamente por que eles funcionam”.
