Uma equipe da University of Minnesota e da University of Houston mediu diretamente pequenas frações de elétrons em processos catalíticos, resolvendo um enigma centenário. Sua nova técnica, chamada Isopotential Electron Titration (IET), revela como moléculas interagem com metais preciosos como ouro, prata e platina. Os achados, publicados na ACS Central Science, podem acelerar o desenvolvimento de catalisadores eficientes para energia e manufatura.
Catalisadores são vitais em indústrias como farmacêutica, baterias e refino de petróleo, onde reduzem as necessidades de energia para reações químicas, melhorando velocidade e eficiência. Há mais de 100 anos, os cientistas sabiam que moléculas trocam pequenas porções de elétrons com superfícies metálicas durante a catálise, mas a medição direta dessas frações permaneceu evasiva.
O avanço veio de pesquisadores do College of Science and Engineering da University of Minnesota Twin Cities e do Cullen College of Engineering da University of Houston. Usando IET, eles quantificaram o compartilhamento de elétrons em superfícies catalíticas sob condições relevantes. Esse método fornece dados precisos sobre ligações, ao contrário de abordagens indiretas anteriores em configurações idealizadas.
"Medir frações de um elétron nessas escalas incrivelmente pequenas fornece a visão mais clara até agora do comportamento de moléculas em catalisadores", disse Justin Hopkins, estudante de Ph.D. em engenharia química da University of Minnesota e autor principal. Metais preciosos se destacam porque permitem transferência ótima de elétrons, permitindo que moléculas se liguem e reajam efetivamente.
Por exemplo, um átomo de hidrogênio no platina compartilha apenas 0,2% de um elétron, uma quantidade mínima que facilita reações industriais. "O IET nos permitiu medir a fração de um elétron compartilhada com uma superfície catalítica em níveis inferiores a um por cento, como no caso de um átomo de hidrogênio no platina", explicou Omar Abdelrahman, autor correspondente e professor associado no William A. Brookshire Department of Chemical and Biomolecular Engineering da University of Houston.
Este trabalho origina-se do Center for Programmable Energy Catalysis, lançado em 2022 como parte dos Energy Frontier Research Centers do Departamento de Energia dos EUA. O centro foca em catalisadores dinâmicos avançados para materiais, químicos e combustíveis. "A base para novas tecnologias catalíticas para a indústria sempre foi a pesquisa básica fundamental", observou Paul Dauenhauer, diretor do centro e professor distinto da University of Minnesota. "Esta nova descoberta da distribuição fracionária de elétrons estabelece uma base científica inteiramente nova para entender catalisadores que acreditamos impulsionará novas tecnologias energéticas nas próximas décadas."
O IET complementa nanotecnologia e aprendizado de máquina no design de catalisadores, permitindo identificação mais rápida de materiais promissores.