Muitos itens familiares, desde garrafas plásticas até móveis de jardim, dependem de um processo que converte propano em propileno. Em 2021, um estudo na Science mostrou que químicos poderiam usar catalisadores em nanoscale em tandem para fundir várias etapas dessa conversão em uma única reação – uma abordagem que aumenta o rendimento e reduz os custos. No entanto, a atividade atômica subjacente permaneceu obscura, dificultando a adaptação dessa estratégia a outras reações industriais importantes.
Novos Algoritmos Revelam Comportamento Atômico Oculto
Pesquisadores da Universidade de Rochester criaram algoritmos capazes de identificar as características atômicas que controlam a química complicada que ocorre enquanto catalisadores em nanoscale transformam propano em propileno. Seu estudo, publicado no Journal of the American Chemical Society, explora 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, então precisamos de uma abordagem algorítmica para filtrar de forma lógica as inúmeras possibilidades que existem e nos concentrar nas mais importantes”, diz Siddharth Deshpande, professor assistente no Departamento de Engenharia Química e Sustentabilidade. “Refinamos nossos algoritmos e os utilizamos para realizar uma análise muito detalhada da fase metálica e da fase óxido que impulsionam essa reação complexa.”
Comportamento Inesperado do Óxido e Estabilidade do Catalisador
Deshpande e sua aluna de doutorado em engenharia química, Snehitha Srirangam, descobriram vários padrões inesperados durante sua investigação. Eles encontraram que o óxido na reação tende a se formar ao redor de sítios metálicos defeituosos de maneira altamente seletiva, uma característica que desempenhou um papel essencial na estabilização do catalisador. Embora o óxido possa aparecer em várias composições químicas, ele consistentemente permaneceu posicionado ao redor dos sítios metálicos defeituosos.
Potencial Mais Amplos para a Química Industrial
Segundo Deshpande, essas descobertas e as ferramentas algorítmicas utilizadas para obtê-las podem ajudar pesquisadores a investigar a estrutura atômica de outras reações, incluindo a síntese de metanol usada em produtos que variam de tintas a células de combustível. Com o tempo, ele acredita que esses insights podem direcionar as empresas a métodos mais eficientes de produzir propileno e outros materiais industriais, reduzindo sua dependência de abordagens de tentativa e erro que dominaram o campo por décadas.
“Nossa abordagem é muito geral e pode abrir portas para entender muitos desses processos que permaneceram um enigma por décadas”, diz Deshpande. “Sabemos que esses processos funcionam, e produzimos toneladas dessas substâncias químicas, mas temos muito a aprender sobre por que exatamente elas estão funcionado.”
