Alquimia faz metal comum comportar-se como metal nobre

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/05/2022

Na primeira demonstração, o conversor catalítico fez um óxido de alumínio se comportar como paládio.
[Imagem: Dauenhauer Group, University of Minnesota]

Alquimia de metais

Pesquisadores criaram um dispositivo que altera eletronicamente um metal, fazendo-o comportar-se como outro.

O dispositivo, chamado de "condensador catalítico", não transforma chumbo em ouro, mas permite fazer com que o metal "transmutado" seja usado como catalisador para acelerar reações químicas.

É a primeira demonstração experimental de que materiais alternativos podem ser modificados eletronicamente para fornecer novas propriedades, neste caso para funcionarem como catalisadores que de fato geram um processamento químico mais rápido e mais eficiente.

Focando apenas nesta possibilidade - que não é a única -, esta inovação abre as portas para novas tecnologias catalíticas usando catalisadores de metais não preciosos, por exemplo para o armazenamento de energia renovável, para a fabricação de combustíveis renováveis, fabricação de materiais sustentáveis etc. Várias dessas tecnologias não têm uso difundido ainda porque dependem de catalisadores caríssimos, como platina, ródio e paládio, tipicamente mais caros do que o ouro.

Mas as modificações podem ter outras finalidades, o que dá ao dispositivo um sem-número de aplicações.

"Nós vemos o condensador catalítico como uma plataforma tecnológica que pode ser implementada em uma série de aplicações de fabricação," disse o professor Dan Frisbie, da Universidade de Minnesota, nos EUA. "As ideias centrais do projeto e os novos componentes podem ser modificados para quase qualquer química que possamos imaginar."

Princípio de funcionamento do conversor catalítico.
[Imagem: Tzia Ming Onn et al. - 10.1021/jacsau.2c00114]

Condensador catalítico

O condensador catalítico usa uma combinação de filmes nanométricos para mover e estabilizar elétrons na superfície do metal que se deseja transformar. Esses filmes combinam metais e óxidos metálicos com grafeno para permitir um fluxo rápido de elétrons sobre superfícies que são quimicamente ajustáveis.

"Usando várias tecnologias de filme fino, nós combinamos um filme de alumina em nanoescala, feito do abundante e barato metal alumínio, com grafeno, e então pudemos ajustar para que [a alumina] assumisse as propriedades de outros materiais," disse o pesquisador Tzia Ming Onn. "A capacidade substancial de ajustar as propriedades catalíticas e eletrônicas do catalisador superou nossas expectativas."

Para desenvolver esse método para ajustar as propriedades catalíticas de materiais alternativos, os pesquisadores confiaram em seu conhecimento de como os elétrons se comportam nas superfícies dos metais. Eles testaram uma teoria de que adicionar e remover elétrons de um material poderia transformar um óxido metálico em algo que imitasse as propriedades de outro.

"Os átomos realmente não querem alterar seu número de elétrons, mas inventamos o dispositivo condensador catalítico que nos permite ajustar o número de elétrons na superfície do catalisador," disse o professor Paul Dauenhauer. "Isso abre uma oportunidade inteiramente nova para controlar a química e fazer com que materiais abundantes ajam como materiais preciosos."

A capacidade do dispositivo para estabilizar elétrons (ou a ausência de elétrons, chamados "buracos") é ajustável mediante alterações na composição de uma camada interna fortemente isolante. A camada ativa do dispositivo também pode incorporar qualquer material catalisador básico com aditivos adicionais, para ajustá-lo de forma a atingir as propriedades de materiais catalíticos caros.

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