Muchos artículos familiares, desde botellas de plástico exprimibles hasta muebles de exterior, dependen de un proceso que convierte el propano en propileno. En 2021, un estudio ciencia demostró que los químicos pueden utilizar catalizadores a nanoescala en tándem para combinar varios pasos de esta transformación en una sola reacción, un enfoque que aumenta el rendimiento y reduce los costos. Sin embargo, la actividad nuclear subyacente no estaba clara, lo que dificultaba adaptar esta técnica a otras reacciones industriales importantes.
Un nuevo algoritmo revela un comportamiento atómico oculto
Investigadores de la Universidad de Rochester han desarrollado algoritmos capaces de identificar las propiedades atómicas que gobiernan la compleja química involucrada en los catalizadores a nanoescala que convierten el propano en propileno. Su investigación, publicada Revista de la Sociedad Química EstadounidenseEsto explora interacciones detalladas, que se vuelven más complejas a medida que los elementos se mueven entre múltiples estados.
“Hay muchas posibilidades diferentes para lo que está sucediendo en los sitios catalíticos activos, por lo que necesitábamos un enfoque algorítmico para examinar de manera fácil pero lógica la gran cantidad de posibilidades que existen y centrarnos en las más importantes”, dijo Siddharth Deshpande, profesor asistente en el Departamento de Productos Químicos y Sostenibilidad. “Refinamos nuestros algoritmos y los utilizamos para realizar un análisis muy detallado de la fase metálica y la fase de óxido que impulsa esta reacción tan compleja”.
Comportamiento inesperado del óxido y estabilidad del catalizador.
Deshpande y su estudiante de doctorado en ingeniería química, Snehita Srirangam, descubrieron varios patrones inesperados durante su investigación. Descubrieron que el óxido en la reacción tendía a formarse alrededor de los sitios metálicos defectuosos de una manera altamente selectiva, una característica que desempeñaba un papel esencial en la estabilización del catalizador. Aunque los óxidos pueden estar presentes en una variedad de composiciones químicas, se encuentran consistentemente alrededor de los sitios metálicos defectuosos.
Amplio potencial para la química industrial
Según Deshpande, estos resultados y las herramientas algorítmicas utilizadas para obtenerlos pueden ayudar a los investigadores a investigar la estructura atómica de otras reacciones, incluida la síntesis del metanol utilizado en todo, desde pintura hasta pilas de combustible. Con el tiempo, cree que esta idea podría llevar a las empresas a utilizar métodos más eficientes para producir propileno y otros materiales industriales, reduciendo su dependencia de los métodos de prueba y error que han dominado este campo durante décadas.
“Nuestro enfoque es muy general y puede abrir la puerta a la comprensión de muchos de estos procesos que han permanecido como un misterio durante décadas”, afirmó Deshpande. “Sabemos que estos procesos funcionan y fabricamos muchos de estos productos químicos, pero tenemos mucho que aprender sobre exactamente por qué funcionan”.
