Los ingenieros de la Universidad de Rice han creado un catalizador de energía ligera que puede romper los fuertes enlaces químicos en los fluorocarbonos, un grupo de materiales sintéticos que incluye contaminantes ambientales persistentes.
En un estudio publicado este mes en Catálisis de la naturaleza Naomi Halas, pionera de la nanofotónica de Rice y colaboradores de la Universidad de California, Santa Bárbara UCSB y la Universidad de Princeton mostraron que pequeñas esferas de aluminio salpicadas de motas de paladio podrían romper los enlaces carbono-flúor CF a través de un proceso catalítico conocido comohidrodefluoración en la que un átomo de flúor se reemplaza por un átomo de hidrógeno.
La fuerza y la estabilidad de los enlaces CF están detrás de algunas de las marcas químicas más reconocidas del siglo XX, como el teflón, el freón y el Scotchgard. Pero la fuerza de esos enlaces puede ser problemática cuando los fluorocarbonos entran en el aire, el suelo y el agua.o los CFC, por ejemplo, fueron prohibidos por un tratado internacional en la década de 1980 después de que se descubrió que estaban destruyendo la capa protectora de ozono de la Tierra, y otros fluorocarbonos estaban en la lista de "productos químicos para siempre" a los que apunta un tratado de 2001.
"La parte más difícil de remediar cualquiera de los compuestos que contienen flúor es romper el enlace CF; requiere mucha energía", dijo Halas, ingeniero y químico cuyo Laboratorio de Nanofotónica LANP se especializa en crear y estudiar nanopartículas queinteractuar con la luz.
En los últimos cinco años, Halas y sus colegas han sido pioneros en métodos para fabricar catalizadores de "reactores de antena" que estimulan o aceleran las reacciones químicas. Si bien los catalizadores se usan ampliamente en la industria, generalmente se usan en procesos intensivos en energía que requieren altos niveles de energíatemperatura, alta presión o ambas. Por ejemplo, se inserta una malla de material catalítico en un recipiente de alta presión en una planta química, y se quema gas natural u otro combustible fósil para calentar el gas o líquido que fluye a través de la malla.los reactores de antena mejoran drásticamente la eficiencia energética al capturar energía luminosa e insertarla directamente en el punto de la reacción catalítica.
en el Catálisis de la naturaleza estudio, la antena de captura de energía es una partícula de aluminio más pequeña que una célula viva, y los reactores son islas de paladio dispersas en la superficie de aluminio. La característica de ahorro de energía de los catalizadores de reactores de antena es quizás mejor ilustrada por otro de Halas'éxitos anteriores: vapor solar. En 2012, su equipo demostró que sus partículas de recolección de energía podían vaporizar instantáneamente las moléculas de agua cerca de su superficie, lo que significa que Halas y sus colegas podían producir vapor sin hervir el agua.del agua helada
El diseño del catalizador del reactor de antena permite al equipo de Halas mezclar y combinar metales que son más adecuados para capturar la luz y catalizar reacciones en un contexto particular. El trabajo es parte del movimiento de la química verde hacia procesos químicos más limpios y eficientes, yLANP ha demostrado previamente catalizadores para producir etileno y gas de síntesis y para dividir el amoníaco para producir combustible de hidrógeno.
El autor principal del estudio, Hossein Robatjazi, Beckman Postdoctoral Fellow en UCSB que obtuvo su doctorado en Rice en 2019, realizó la mayor parte de la investigación durante sus estudios de posgrado en el laboratorio de Halas. Dijo que el proyecto también muestra la importancia decolaboración interdisciplinaria.
"Terminé los experimentos el año pasado, pero nuestros resultados experimentales tuvieron algunas características interesantes, cambios en la cinética de reacción bajo iluminación, que plantearon una pregunta importante pero interesante: ¿Qué papel juega la luz para promover la química de ruptura de la FQ?", Dijo.
Las respuestas llegaron después de que Robatjazi llegó por su experiencia posdoctoral en UCSB. Se le encargó desarrollar un modelo de microcinética, y una combinación de ideas del modelo y de los cálculos teóricos realizados por los colaboradores de Princeton ayudó a explicar los resultados desconcertantes.
"Con este modelo, utilizamos la perspectiva de la ciencia de la superficie en la catálisis tradicional para vincular de forma exclusiva los resultados experimentales con los cambios en la vía de reacción y la reactividad bajo la luz", dijo.
Los experimentos de demostración sobre fluorometano podrían ser solo el comienzo para el catalizador de ruptura de CF.
"Esta reacción general puede ser útil para remediar muchos otros tipos de moléculas fluoradas", dijo Halas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Nueva investigación de la luz más antigua confirma la edad del universo
Las primeras imágenes del Orbitador Solar revelan 'fogatas' en el sol
Los científicos proponen un plan para determinar si el Planeta Nueve es un agujero negro primordial
Platón tenía razón: la Tierra está hecha, en promedio, de cubos
Nuevo modelo conecta la física de gotitas respiratorias con la propagación de Covid-19
Los científicos descubren que los volcanes en Venus todavía están activos