Pesquisadores da Universidade de Rochester decifraram os mecanismos em nível atômico por trás dos catalisadores que convertem propano em propeno, um material chave para plásticos e outros produtos. Seus algoritmos revelaram comportamentos inesperados de óxidos que estabilizam a reação ao se agruparem em torno de sítios metálicos defeituosos. As descobertas, publicadas no Journal of the American Chemical Society, podem melhorar processos industriais como a síntese de metanol.
O propeno, essencial para itens como garrafas de plástico e móveis de exterior, é produzido convertendo propano com catalisadores. Um estudo de 2021 na Science demonstrou que catalisadores nanométricos em tandem podem combinar múltiplos passos em uma única reação, aumentando o rendimento e reduzindo custos. No entanto, os detalhes atômicos desse processo eram incertos, limitando sua aplicação a outras reações.
Para abordar isso, Siddharth Deshpande, professor assistente no Departamento de Engenharia Química e de Sustentabilidade da Universidade de Rochester, e sua aluna de doutorado Snehitha Srirangam desenvolveram algoritmos para analisar a química complexa. Essas ferramentas examinam inúmeras possibilidades nos sítios ativos catalíticos, focando em interações chave à medida que os materiais mudam entre estados.
"Há tantas possibilidades diferentes do que está acontecendo nos sítios ativos catalíticos, então precisamos de uma abordagem algorítmica para examinar de forma muito fácil, mas lógica, a grande quantidade de possibilidades que existem e focar nas mais importantes," disse Deshpande. Sua análise mostrou que óxidos se formam seletivamente em torno de sítios metálicos defeituosos, estabilizando o catalisador apesar de composições variadas.
Essa reorganização seletiva de óxidos por sítio melhora a seletividade na desidrogenação oxidativa do propano, como detalhado em seu estudo intitulado "Site-Selective Oxide Rearrangement in a Tandem Metal–Metal Oxide Catalyst Improves Selectivity in Oxidative Dehydrogenation of Propane," publicado no Journal of the American Chemical Society (2025; 147 (45): 41727, DOI: 10.1021/jacs.5c13571).
Deshpande observou o impacto mais amplo: "Nossa abordagem é muito geral e pode abrir as portas para entender muitos desses processos que permaneceram um enigma por décadas." As percepções podem reduzir a dependência de tentativa e erro na produção de químicos industriais, incluindo aqueles para tintas e células de combustível.