Los ingenieros confían en los catalizadores para una amplia gama de aplicaciones, desde la fabricación de alimentos hasta la producción de productos químicos, por lo que encontrar catalizadores eficientes y respetuosos con el medio ambiente es una importante vía de investigación.

Una nueva investigación dirigida por la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh podría conducir a la creación de nuevos catalizadores sostenibles basados ​​en óxido de tungsteno y compuestos similares.

El proyecto utilizó simulaciones computacionales para comprender cómo el óxido de tungsteno interactúa con el hidrógeno a nivel molecular y los hallazgos se verificaron mediante experimentación de laboratorio.

Un artículo que detalla los hallazgos apareció recientemente en la portada del Journal of the American Chemical Society (JACS ) y fue encabezado por un equipo del Departamento de Ingeniería Química y del Petróleo:Ph.D. El candidato Evan V. Miu, el profesor asistente James McKone y el profesor asociado y miembro de la facultad de ex alumnos del Bicentenario Giannis Mpourmpakis.

"El óxido de tungsteno es un catalizador que puede usarse para acelerar conversiones químicas sostenibles mediante el uso de luz solar o electricidad renovable. Este compuesto químico tiene una forma única de interactuar con los átomos de hidrógeno que lo hace especialmente bueno para participar en reacciones químicas en las que se necesita producir hidrógeno. o usado", dijo Mpourmpakis.

"Los tipos de reacciones químicas que más nos entusiasman incluyen el uso de hidrógeno para tomar dióxido de carbono, el principal culpable del calentamiento global, y convertirlo en combustibles y productos químicos útiles", agregó McKone.

Si bien la mayoría de los catalizadores solo interactúan con moléculas como el hidrógeno en su superficie, el óxido de tungsteno también puede insertar hidrógeno en su red cristalina tridimensional. El modelo avanzado de los investigadores pudo mostrar que este proceso tiene un gran impacto en lo que realmente sucede en la superficie del catalizador.

El trabajo abre la posibilidad de diseñar toda una nueva familia de catalizadores basados ​​en óxido de tungsteno y compuestos similares, utilizando el enfoque computacional del equipo para predecir sus propiedades catalíticas.

"No es una exageración decir que podemos trazar una línea recta entre la ciencia sutil contenida en este estudio y la posibilidad de reinventar una gran parte de la fabricación de productos químicos para que sea más sostenible desde el punto de vista ambiental", dijo McKone. "Podemos diseñar catalizadores para entregar hidrógeno de la manera correcta para hacer conversiones químicas que funcionen con agua y electricidad con la misma eficiencia que lo que hacemos hoy con combustibles fósiles".

Este proyecto fue una colaboración entre el laboratorio CANELa de Mpourmpakis y el laboratorio McKone, donde la autora principal, Miu, es una becaria graduada de la NSF que trabaja en unir la catálisis térmica y eléctrica mediante la aplicación de métodos experimentales y computacionales.

"Trabajar con los profesores Mpourmpakis y McKone me ha brindado una oportunidad increíble de operar en la interfaz de la teoría y la experimentación", dijo Miu. "Estas perspectivas complementarias nos ayudaron a comprender profundamente cómo los bronces de óxido metálico catalizan el hidrógeno, y estamos entusiasmados de aplicar nuestros hallazgos y dar pasos significativos hacia procesos químicos más sostenibles". + Explora más

Nueva forma de impulsar la actividad del catalizador