Una rappresentazione grafica di nuovi catalizzatori chimici apparsi sulla copertina del Journal of the American Chemical Association . Credito:Evan V. Miu
Gli ingegneri si affidano ai catalizzatori per una vasta gamma di applicazioni, dalla produzione alimentare alla produzione chimica, quindi trovare catalizzatori efficienti e rispettosi dell'ambiente è un'importante via di ricerca.
Una nuova ricerca condotta dall'Università di Pittsburgh Swanson School of Engineering potrebbe portare alla creazione di nuovi catalizzatori sostenibili a base di ossido di tungsteno e composti simili.
Il progetto ha utilizzato simulazioni computazionali per comprendere come l'ossido di tungsteno interagisce con l'idrogeno a livello molecolare e i risultati sono stati verificati attraverso la sperimentazione di laboratorio.
Un documento che dettaglia i risultati è stato recentemente pubblicato sulla copertina del Journal of the American Chemical Society (JACS ) ed è stato guidato da un team del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Petrolifera:Ph.D. Il candidato Evan V. Miu, il professore assistente James McKone e il professore associato e il bicentenario Alumni Faculty Fellow Giannis Mpourmpakis.
"L'ossido di tungsteno è un catalizzatore che può essere utilizzato per accelerare conversioni chimiche sostenibili utilizzando la luce solare o l'elettricità rinnovabile. Questo composto chimico ha un modo unico di interagire con gli atomi di idrogeno che lo rende particolarmente adatto a partecipare alle reazioni chimiche in cui è necessario produrre idrogeno o usato", ha detto Mpourmpakis.
"I tipi di reazioni chimiche di cui siamo più entusiasti includono l'uso dell'idrogeno per prendere l'anidride carbonica, il principale responsabile del riscaldamento globale, e trasformarla in combustibili e sostanze chimiche utili", ha aggiunto McKone.
Mentre la maggior parte dei catalizzatori interagisce solo con molecole come l'idrogeno sulla loro superficie, l'ossido di tungsteno può anche inserire idrogeno nel suo reticolo cristallino tridimensionale. La modellazione avanzata dei ricercatori è stata in grado di dimostrare che questo processo ha un enorme impatto su ciò che effettivamente accade sulla superficie del catalizzatore.
Il lavoro apre la possibilità di progettare un'intera nuova famiglia di catalizzatori a base di ossido di tungsteno e composti simili, utilizzando l'approccio computazionale del team per prevederne le proprietà catalitiche.
"Non è un'esagerazione dire che possiamo tracciare una linea retta tra la scienza sottile contenuta in questo studio e la possibilità di reinventare un'enorme fetta di produzione chimica per renderla più sostenibile dal punto di vista ambientale", ha affermato McKone. "Possiamo progettare catalizzatori per fornire idrogeno nel modo giusto per effettuare conversioni chimiche che funzionano con acqua ed elettricità in modo efficiente come quello che facciamo oggi utilizzando combustibili fossili".
Questo progetto è nato dalla collaborazione tra il CANELa Lab di Mpourmpakis e il McKone Lab, in cui l'autore principale Miu è un borsista laureato della NSF che lavora sul collegamento di catalisi termica ed elettrica attraverso l'applicazione di metodi sperimentali e computazionali.
"Lavorare con i professori Mpourmpakis e McKone mi ha dato un'incredibile opportunità di operare all'interfaccia tra teoria ed esperimento", ha affermato Miu. "Queste prospettive complementari ci hanno aiutato a capire a fondo come i bronzi a base di ossido di metallo catalizzano l'idrogeno e siamo entusiasti di applicare le nostre scoperte e compiere passi significativi verso processi chimici più sostenibili". + Esplora ulteriormente
