Gli scienziati del Laboratorio Ames del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno mappato le dinamiche del sito attivo di un catalizzatore in tre dimensioni. Questo risultato offre ai ricercatori nuove informazioni su come funzionano questi catalizzatori, e potenziali percorsi per migliorarne la selettività e l'efficienza.

I catalizzatori sono utilizzati per accelerare la velocità delle reazioni chimiche e hanno migliaia di applicazioni nella raffinazione del petrolio, produzione di biocarburanti, trasformazione dei prodotti alimentari, farmaceutico e manifatturiero. Gli esseri umani hanno usato catalizzatori per migliaia di anni, molto più a lungo di quanto il concetto sia stato compreso e studiato dalla scienza, che è più di 200 anni. E nonostante tutta quella storia, rimangono misteri su come funzionano esattamente i catalizzatori, con dettagli a livello di angstrom mancanti dal quadro completo.

Si pensa che una parte fondamentale del successo di un catalizzatore sia la sua capacità di cambiare la sua conformazione per modellarsi sui reagenti in arrivo, in tal modo facilitando la loro interazione e trasformazione chimica. Questo riarrangiamento dinamico è in qualche modo simile al modo in cui i polipi di corallo attaccati reagiscono quando l'acqua dell'oceano scorre su di loro i nutrienti.

"La ricerca passata ha dimostrato che la dinamica dei catalizzatori ha un impatto importante sulle prestazioni catalitiche, ", ha detto lo scienziato del Laboratorio Ames Frederic Perras. "Eppure fino a poco tempo, non avevamo le capacità per osservarli a quel livello di dettaglio. Con i recenti progressi nelle tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR), siamo in grado di ottenere un quadro molto più chiaro di questi moti a livello atomico".

In questa ricerca, gli scienziati hanno confrontato la dinamica strutturale di un catalizzatore a base di scandio nella sua forma cristallina con quella della forma di silice montata sulla superficie utilizzando tecniche avanzate di risonanza magnetica nucleare allo stato solido (SSNMR) e polarizzazione nucleare dinamica (DNP). Questi confronti, combinato da modelli computazionali, fornito un più chiaro, comprensione più dettagliata di come i complessi supportati si muovono nello spazio tridimensionale. Una scoperta chiave dello studio è stata che le simulazioni di dinamica molecolare hanno predetto più movimenti di grande ampiezza di quelli osservati sperimentalmente, ha suggerito che la stessa topologia della superficie potrebbe limitare questi movimenti. Ulteriori studi saranno effettuati per determinare se è possibile regolare la dinamica di un sito catalitico alterando la topologia del supporto.

La ricerca è ulteriormente discussa nel documento "Osservare la dinamica tridimensionale dei complessi metallici supportati, " pubblicato in Frontiere della chimica inorganica .