Un equipo de investigadores de la Universidad de Minnesota, la Universidad de Massachusetts Amherst, la Universidad de Delaware y la Universidad de California Santa Bárbara han inventado la tecnología de catalizador oscilante que puede acelerar las reacciones químicas sin reacciones secundarias o errores químicos. Se puede incorporar la tecnología innovadoraen cientos de tecnologías químicas industriales para reducir los desechos en miles de toneladas cada año al tiempo que mejora el rendimiento y la rentabilidad de la producción de materiales.
Esta investigación se publica en Ciencia química , el principal diario de la Royal Society of Chemistry.
En las reacciones químicas, los científicos usan lo que se llama catalizadores para acelerar las reacciones. Una reacción química que ocurre en la superficie del catalizador, como un metal, se acelerará más rápido que las reacciones secundarias indeseables. Cuando la reacción primaria es mucho más rápida que cualquier otra reacción secundaria, entoncesel catalizador es bueno en la selección de los productos más valiosos. Las reacciones secundarias son errores en el control químico y dan como resultado una generación significativa de material desperdiciado y pérdidas económicas.
Los investigadores del Centro de Catálisis para la Innovación Energética financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. Tuvieron un gran avance cuando se dieron cuenta de que podían diseñar una nueva clase de catalizadores que aceleraran en gran medida las reacciones superficiales primarias usando ondas.con características de la química primaria, entonces esa reacción se vuelve miles de veces más rápida que todas las otras reacciones secundarias. El catalizador en estas condiciones de onda esencialmente deja de cometer errores en los productos secundarios.
"Todas las reacciones químicas tienen frecuencias naturales, como cuerdas en un piano o una guitarra", dijo Paul Dauenhauer, autor principal del estudio y profesor en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Minnesotae Ingeniería. "Cuando encontramos la frecuencia correcta de una reacción catalítica deseada, entonces el catalizador se vuelve casi perfecto: las reacciones innecesarias se detienen casi por completo".
El descubrimiento tiene una importancia particular para la producción de productos químicos clave en las industrias de energía, materiales, alimentos y medicina. Los productos químicos más importantes se fabrican a escala industrial masiva de tal manera que incluso los catalizadores bien desarrollados forman algunos productos secundarios, generando miles detoneladas de residuos por año.
Los investigadores pudieron explicar ampliamente la relación entre los diferentes tipos de químicas y las frecuencias de las ondas superficiales que controlan los errores del catalizador.
"Una molécula en una superficie puede atravesar varias rutas de energía, pero el catalizador oscilante puede controlar casi por completo qué ruta selecciona la molécula, incluida la prevención de que las moléculas se muevan a lo largo de los conductos de energía no deseados en la superficie del catalizador", dijo Alex Ardagh, el primeroautor del trabajo de investigación y académico de investigación postdoctoral en la Universidad de Minnesota.
El descubrimiento de catalizadores altamente selectivos y libres de errores se basa en el desarrollo previo de la teoría catalítica dinámica desarrollada por el mismo grupo. Los catalizadores convencionales que exhiben un control óptimo sobre las reacciones catalíticas tienen energías superficiales específicas para una química particular. Sin embargo, la dinámica más nuevacatalizadores que cambian como una onda, oscilan la energía de unión entre más fuerte y más débil que la energía de superficie convencional.
"La transición de catalizadores convencionales a dinámicos será tan grande como el cambio de electricidad de corriente directa a corriente alterna", dijo el profesor Dionisios Vlachos, profesor de la Universidad de Delaware y director del Centro de catálisis para la innovación energética ".el potencial de cambiar completamente la forma en que fabricamos casi todos nuestros productos químicos, materiales y combustibles más básicos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Minnesota . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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