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Crédito: Pixabay / CC0 Public Domain
Os cientistas criaram um novo tipo de catalisador que levará a maneiras novas e sustentáveis 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 o comportamento dos nanoclusters de paládio não se ajusta às características ortodoxas que definem os catalisadores como homogêneos ou heterogêneos.
Tradicionalmente, os catalisadores são divididos em homogêneos, quando os centros catalíticos estão intimamente misturados com moléculas reagentes, e heterogêneos, quando as reações ocorrem na superfície de um catalisador. Normalmente, os químicos devem fazer concessões ao escolher um tipo ou outro, pois os catalisadores homogêneos são mais seletivos e ativos, e os catalisadores heterogêneos são mais duráveis e reutilizáveis. No entanto, os nanoclusters de átomos de paládio parecem desafiar como categorias tradicionais, como caracterizados pelo estudo de seu comportamento catalítico 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 farmacêuticos até agroquímicos, incluindo fertilizantes e proteção de safras. A alta demanda por catalisadores significa que os suprimentos globais de muitos metais úteis, incluindo ouro, platina e paládio, estão esgotando rapidamente. O desafio é usar 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 dometal pode mudar drasticamente, levando a novos fenômenos de outra forma inacessíveis na macroescala.
A equipe de pesquisa de técnicas analíticas e de imagem para criar uma estrutura, dinâmica e propriedades aplicadas dos nanoclusters, para revelar o funcionamento interno deste catalisador incomum em nível atômico.
A descoberta da equipe é a chave para desbloquear todo o potencial da catálise em química, levando a novas maneiras de fazer e usar moléculas da maneira mais eficiente em termos de átomos e resilientes em energia.
A pesquisa foi liderada pelo Dr. Jesum Alves Fernandes, pesquisador da Propulsion Futures Beacon Nottingham Pesquisador da Escola de Química, 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 de magnetron. Normalmente, ESSE MÉTODO E USADO Pará de Fazer Revestimentos OU Filmes, Mas nos o ajustamos Pará Produzir nanopartículas de metais that PODEM SER depositados EM Quase QUALQUÉR superficie. E Importante ressaltar Que o tamanho do nanoclusterpode ser controlado com precisão por parâmetros experimentais, de um único átomo a alguns nanômetros, de modo que uma série de nanoclusters uniformes podem ser gerados sob demanda em segundos".
Dr. Andreas Weilhard, pesquisador de pós-doutorado da Green Chemicals Beacon na equipe acrescentou: "As superfícies dos aglomerados de metal produzidas por este método são completamente 'nuas' e, portanto, altamente ativas e vencidas para as reações que levam a alta atividade catalítica".
O professor Peter License, diretor do Laboratório GSK Carbon Neutral da University of Nottingham acrescentou: "Este método de fabricação de catalisador é importante não apenas porque permite o uso mais econômico de metais raros, mas o faz da maneira mais, limpa sem qualquer necessidade para solventes ou reagentes químicos, gerando níveis muito baixos de resíduos, o que é um fator cada vez mais importante para as tecnologias de química verde".
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.
O 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. em: a redução de deriva de dióxido de carbono (CO 2 ) e sua valorização em produtos químicos úteis; a produção de amônia 'verde' (NH 3 ) como um combustível de emissão zero alternativo e um novo vetor para armazenamento de hidrogênio; eo fornecimento de células de combustível mais sustentáveis e tecnologias de eletrolisador".
Os nanoclusters de metal são ativados para reações com moléculas, que podem ser impulsionadas por calor, luz ou potencial elétrico, enquanto as interações sintonizáveis com materiais de suporte fornecem durabilidade e reutilização dos catalisadores. Em particular, os catalisadores MASI competentes para a ativação de moléculas difíceis de quebrar (por exemplo, N 2 , H 2 e CO 2 ) em reações que afetam a espinha dorsal da indústria química, como o processo Haber-Bosch.
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Um caminho para catalisadores estáveis e de atividade de nanoclusters de ouro
Mais informações: Desfocando a fronteira entre a catálise homogênea e heterogênea usando nanoclusters de paládio com superfícies dinâmicas, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-25263-6
Informações do jornal: Nature Communications
Fornecido pela University of Nottingham
Fonte: Phys News / pela University of Nottingham / 17-08-2021
https://phys.org/news/2021-08-nanocluster-discovery-precious-metals.html
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HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e
Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Acompanha e divulga os
conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration),
ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A
partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB),
como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
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