Investigadores de la Universidad de Houston y la Universidad Trinity han proporcionado por primera vez evidencia directa de un mecanismo de reacción mediado por agua para la oxidación catalítica del monóxido de carbono.

El trabajo utilizó nanopartículas de oro y dióxido de titanio como catalizador para acelerar el proceso y determinó que el agua sirve como co-catalizador para la reacción que transforma el monóxido de carbono en dióxido de carbono. Si bien los investigadores han trabajado con la oxidación del monóxido de carbono utilizando catalizadores de oro durante años y se han dado cuenta de que el agua puede cambiar la reacción, ninguno ha podido explicar completamente por qué funcionó.

El trabajo se describe en la edición del 5 de septiembre de la revista. Ciencias .

"Podemos decir con un alto grado de certeza que ahora entendemos el papel de cada uno de los componentes y lo que hacen durante esta reacción catalítica, "dijo Lars Grabow, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Houston. Él y Hieu Doan, un doctorado estudiante de la Facultad de Ingeniería UH Cullen, desarrolló simulaciones computacionales para apoyar experimentos llevados a cabo por los químicos Bert Chandler de Trinity University, Christopher Pursell y Johnny Saavedra.

Velero, profesor de química en Trinity, Dijo que el trabajo fue una verdadera colaboración.

"Nos tomó a todos para que esto sucediera, ", dijo." Lo que hicimos fue cerrar la brecha entre la ciencia de la superficie y las personas computacionales. Sabíamos que el agua ayudó a la reacción, pero no entendíamos completamente su función. Ahora sabemos que el agua es un cocatalizador de esta reacción ".

Cuando se usa en joyería, el oro es apreciado por sus propiedades no reactivas:no se oxida ni se empaña cuando se expone al aire o al agua. Y los investigadores saben desde hace mucho tiempo que a pesar de su reputación de metal inerte, Las nanopartículas de oro pueden funcionar como catalizador para acelerar la reacción química.

Pero nadie sabía exactamente por qué funcionó. El agua resultó ser la clave incluso cuando no se agrega explícitamente al proceso, Dijo Grabow.

Las trazas de agua extraídas del aire impulsaron las reacciones en la superficie de los catalizadores de oro, él dijo.

Durante los experimentos y el estudio computacional, los investigadores observaron cómo el agua, los hidroxilos superficiales y la interfaz metal-soporte interactuaron durante la oxidación del monóxido de carbono sobre un catalizador de oro-titania.

"En todos los casos, una transferencia de protones esencialmente libre de barreras redujo la energía general del sistema, generando H2O2 u OOH. Una vez que se formó OOH, migró a lo largo de la partícula de Au, permitiendo que los átomos se acerquen, pero no estrictamente en la interfaz metal-soporte para participar en la reacción, "escribieron para describir sus hallazgos, refiriéndose a la generación de peróxido de hidrógeno o hidroperoxilo y la migración de hidroperoxilo a lo largo de las partículas de oro.

Esencialmente, descubrieron que los protones de una fina capa de agua que se extiende a lo largo de la superficie del catalizador se desprenden de las moléculas de agua y se adhieren a las moléculas de oxígeno, moviéndose brevemente sobre la superficie del catalizador para estimular la reacción antes de regresar a la capa de agua.

Los modelos anteriores normalmente se centraban en componentes individuales de la reacción, Grabow dijo:haciendo de este proyecto el primero en reunir todas las facetas en un solo modelo que respalda plenamente las observaciones experimentales de los químicos de Trinity. Chandler dijo que el trabajo podría proporcionar una forma de producir hidrógeno limpio a partir del petróleo y el gas natural.