Vários itens conhecidos, desde frascos plásticos até móveis de jardim, dependem de um processo que converte propano em propileno. Em 2021, um estudo na Science mostrou que químicos podiam usar catalisadores em escala nanométrica 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, o que dificultou 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 complexa química que ocorre à medida que catalisadores em escala nanométrica transformam propano em propileno. Seu estudo, publicado na Journal of the American Chemical Society, explora essas interações detalhadas, que se tornam ainda mais complexas porque os materiais envolvidos mudam entre múltiplos estados.
“Existem tantas possibilidades diferentes sobre o que está acontecendo nos locais ativos catalíticos, então precisamos de uma abordagem algorítmica para filtrar de forma lógica e simples a grande quantidade de possibilidades que existem e focar nas mais importantes,” diz Siddharth Deshpande, professor assistente no Departamento de Engenharia Química e de Sustentabilidade. “Aprimoramos nossos algoritmos e os usamos para realizar uma análise muito detalhada da fase metálica e da fase óxido que impulsionam essa reação tão 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 constataram que o óxido na reação tende a se formar de maneira altamente seletiva em torno de locais metálicos defeituosos, uma característica que desempenhou um papel essencial na estabilização do catalisador. Mesmo que o óxido possa aparecer em várias composições químicas, ele consistentemente permanecia posicionado ao redor dos locais metálicos defeituosos.
Potencial Mais Amplo para a 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 utilizada em produtos que vão desde tintas até células de combustível. Com o tempo, ele acredita que esse entendimento poderia guiar as empresas em direção a métodos mais eficientes de produção de propileno e outros materiais industriais, reduzindo sua dependência de abordagens baseadas em 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 ainda temos muito a aprender sobre por que exatamente eles funcionam.”
