Investigadores de la Universidad de Rochester han descifrado los mecanismos a nivel atómico detrás de los catalizadores que convierten propano en propeno, un material clave para plásticos y otros productos. Sus algoritmos revelaron comportamientos inesperados de óxidos que estabilizan la reacción al agruparse alrededor de sitios metálicos defectuosos. Los hallazgos, publicados en el Journal of the American Chemical Society, podrían mejorar procesos industriales como la síntesis de metanol.
El propeno, esencial para artículos como botellas de plástico y muebles de exterior, se produce convirtiendo propano mediante catalizadores. Un estudio de 2021 en Science demostró que catalizadores nanométricos en tándem podían combinar múltiples pasos en una sola reacción, aumentando el rendimiento y reduciendo costos. Sin embargo, los detalles atómicos de este proceso eran poco claros, limitando su aplicación a otras reacciones.
Para abordar esto, Siddharth Deshpande, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y de Sostenibilidad de la Universidad de Rochester, y su estudiante de doctorado Snehitha Srirangam desarrollaron algoritmos para analizar la química compleja. Estas herramientas examinan numerosas posibilidades en los sitios activos catalíticos, enfocándose en interacciones clave a medida que los materiales cambian entre estados.
"Hay tantas posibilidades diferentes de lo que está sucediendo en los sitios activos catalíticos, por lo que necesitamos un enfoque algorítmico para examinar de manera muy fácil pero lógica la gran cantidad de posibilidades que existen y enfocarnos en las más importantes", dijo Deshpande. Su análisis mostró que los óxidos se forman selectivamente alrededor de sitios metálicos defectuosos, estabilizando el catalizador a pesar de composiciones variables.
Esta reorganización selectiva de óxidos por sitio mejora la selectividad en la deshidrogenación oxidativa del propano, como se detalla en su estudio titulado "Site-Selective Oxide Rearrangement in a Tandem Metal–Metal Oxide Catalyst Improves Selectivity in Oxidative Dehydrogenation of Propane", publicado en el Journal of the American Chemical Society (2025; 147 (45): 41727, DOI: 10.1021/jacs.5c13571).
Deshpande señaló el impacto más amplio: "Nuestro enfoque es muy general y puede abrir las puertas para entender muchos de estos procesos que han permanecido como un enigma durante décadas." Las ideas podrían reducir la dependencia de prueba y error en la producción de químicos industriales, incluyendo aquellos para pinturas y celdas de combustible.