Un equipo de investigadores de la Universidad de Minnesota, Universidad de Massachusetts Amherst, Universidad de Delaware, y la Universidad de California en Santa Bárbara han inventado la tecnología de catalizadores oscilantes que pueden acelerar las reacciones químicas sin reacciones secundarias ni errores químicos. La tecnología innovadora se puede incorporar a cientos de tecnologías químicas industriales para reducir los desechos en miles de toneladas cada año y, al mismo tiempo, mejorar el rendimiento y la rentabilidad de la producción de materiales.

Esta investigación se publica en Ciencia química , la revista de estreno de la Royal Society of Chemistry.

En reacciones químicas, los científicos usan lo que se llaman catalizadores para acelerar las reacciones. Una reacción química que se produce en la superficie de un catalizador, como un metal, se acelerará más rápidamente que las reacciones secundarias indeseables. Cuando la reacción primaria es mucho más rápida que cualquier otra reacción secundaria, entonces el catalizador es bueno para seleccionar los productos más valiosos. Las reacciones secundarias son errores en el control químico, y resultan en una generación significativa de material desperdiciado y pérdidas económicas.

Los investigadores del Centro Catalysis 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 utilizando ondas. Cuando la frecuencia y amplitud de onda aplicadas coinciden con las características de la química primaria, entonces esa reacción se vuelve miles de veces más rápida que todas las demás 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 las cuerdas de un piano o una guitarra, "dijo Paul Dauenhauer, el autor principal del estudio y profesor en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Minnesota. "Cuando encontramos la frecuencia correcta de una reacción catalítica deseada, entonces el catalizador se vuelve casi perfecto:las reacciones inútiles se detienen casi por completo ".

El descubrimiento tiene un significado particular para la producción de sustancias químicas clave en la energía, materiales comida, e industrias médicas. Los productos químicos más importantes se fabrican a escala industrial masiva, de modo que incluso los catalizadores bien desarrollados forman algunos productos secundarios, generando miles de toneladas de residuos al 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 seguir varias vías de energía, pero el catalizador oscilante puede controlar casi por completo qué vía selecciona la molécula, incluida la prevención de que las moléculas se muevan a lo largo de conductos de energía no deseados en la superficie del catalizador, "dijo Alex Ardagh, el primer autor del artículo de investigación y un becario de investigación postdoctoral en la Universidad de Minnesota.

El descubrimiento de altamente selectivo, Los catalizadores libres de errores se basan 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, los catalizadores dinámicos más nuevos que cambian como una ola, oscilan la energía de enlace entre más fuerte y más débil que la energía superficial 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 Catalysis Center for Energy Innovation. "Esto tiene el potencial de cambiar por completo la forma en que fabricamos casi todos nuestros productos químicos más básicos, materiales y combustibles ".