Científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Han mapeado la dinámica del sitio activo de un catalizador en tres dimensiones. Este logro brinda a los investigadores nuevos conocimientos sobre cómo funcionan estos catalizadores, y caminos potenciales para mejorar su selectividad y eficiencia.

Los catalizadores se utilizan para acelerar la velocidad de las reacciones químicas y tienen miles de aplicaciones en el refinado de petróleo, producción de biocombustibles, procesamiento de alimentos, productos farmacéuticos y fabricación. Los seres humanos han utilizado catalizadores durante miles de años, mucho más tiempo de lo que la ciencia ha entendido y estudiado el concepto, que tiene más de 200 años. Y a pesar de toda esa historia Sigue habiendo misterios sobre cómo funcionan exactamente los catalizadores, con detalles de nivel angstrom que faltan en la imagen completa.

Se cree que una parte clave del éxito de un catalizador es su capacidad para cambiar su conformación para moldearse a sí mismo a los reactivos entrantes, al hacerlo facilitando su interacción y transformación química. Esta reordenación dinámica es algo similar a la forma en que los pólipos de coral adheridos reaccionan cuando el agua del océano fluye nutrientes sobre ellos.

"Investigaciones anteriores han demostrado que la dinámica de los catalizadores tiene un impacto importante en el rendimiento catalítico, ", dijo el científico del laboratorio Ames Frederic Perras." Sin embargo, hasta hace poco, no teníamos la capacidad para observarlos con ese nivel de detalle. Con los avances recientes en las técnicas de resonancia magnética nuclear (RMN), podemos obtener una imagen mucho más clara de estos movimientos a nivel atómico ".

En esta investigación, Los científicos compararon la dinámica estructural de un catalizador a base de escandio en su forma cristalina con la de la forma montada en la superficie de sílice utilizando técnicas avanzadas en resonancia magnética nuclear de estado sólido (SSNMR) y polarización nuclear dinámica (DNP). Estas comparaciones, combinado por modelado computacional, proporcionó un más claro, comprensión más detallada de cómo se mueven los complejos soportados en el espacio tridimensional. Un hallazgo clave del estudio fue que las simulaciones de dinámica molecular predijeron más movimientos de gran amplitud que los observados experimentalmente. sugirió que la topología de la superficie puede estar restringiendo estos movimientos. Se realizarán estudios adicionales para determinar si es posible ajustar la dinámica de un sitio catalítico alterando la topología del soporte.

La investigación se analiza con más detalle en el artículo "Observación de la dinámica tridimensional de los complejos metálicos soportados, " publicado en Fronteras de la química inorgánica .