Cientistas descobrem processo atômico oculto que sobrecarrega a produção de propileno
Muitos itens familiares, desde garrafas plásticas até móveis para exteriores, dependem de um processo que converte propano em propileno. Em 2021, um estudo em Ciência mostraram que os químicos poderiam usar catalisadores em nanoescala em tandem para fundir várias etapas dessa conversão em uma única reação – uma abordagem que aumenta o rendimento e reduz custos. No entanto, a actividade atómica subjacente permaneceu obscura, o que dificultou a adaptação desta estratégia a outras reacções industriais importantes.
Novos algoritmos revelam comportamento atômico oculto
Pesquisadores da Universidade de Rochester criaram algoritmos capazes de identificar as características atômicas que controlam a complicada química que ocorre quando catalisadores em nanoescala transformam propano em propileno. Seu estudo, publicado no Jornal da Sociedade Química Americanaexplora essas interações detalhadas, que se tornam ainda mais complexas porque os materiais envolvidos mudam entre vários estados.
“Existem tantas possibilidades diferentes do que está acontecendo nos sítios ativos catalíticos, por isso precisamos de uma abordagem algorítmica para examinar de maneira muito fácil, mas lógica, a grande quantidade de possibilidades que existem e focar nas mais importantes”, diz Siddharth Deshpande, professor assistente no Departamento de Engenharia Química e Sustentabilidade. “Refinamos nossos algoritmos e os usamos para fazer uma análise muito detalhada da fase metálica e da fase de óxido que conduz esta reação muito complexa.”
Comportamento inesperado do óxido e estabilidade do catalisador
Deshpande e sua estudante de doutorado em engenharia química, Snehitha Srirangam, descobriram vários padrões inesperados durante sua investigação. Eles descobriram que o óxido na reação tendia a se formar em torno de locais metálicos defeituosos de uma forma altamente seletiva, uma característica que desempenhou um papel essencial na estabilização do catalisador. Embora o óxido possa aparecer em várias composições químicas, ele permaneceu consistentemente posicionado em torno dos locais metálicos defeituosos.
Potencial mais amplo para química industrial
Segundo Deshpande, essas descobertas e as ferramentas algorítmicas usadas para obtê-las podem ajudar os pesquisadores a investigar a estrutura atômica de outras reações, incluindo a síntese de metanol usado em produtos que vão desde tintas até células de combustível. Com o tempo, ele acredita que esta visão poderá orientar as empresas em direção a métodos mais eficientes de produção de propileno e outros materiais industriais, reduzindo ao mesmo tempo a sua dependência de abordagens de tentativa e erro que dominaram o campo durante décadas.
“Nossa abordagem é muito geral e pode abrir portas para a compreensão de muitos desses processos que permaneceram um enigma durante décadas”, diz Deshpande. “Sabemos que esses processos funcionam e produzimos toneladas desses produtos químicos, mas temos muito que aprender sobre por que exatamente eles funcionam.”
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