Una nuova teoria sviluppata dagli scienziati dell’Università della California, Berkeley, fornisce una comprensione fondamentale di come la deformazione può migliorare l’attività catalitica dei materiali. La teoria, pubblicata sulla rivista Science Advances, potrebbe aiutare i ricercatori a progettare nuovi catalizzatori per una varietà di reazioni chimiche, comprese quelle coinvolte nella produzione di carburanti e prodotti farmaceutici.

I catalizzatori sono materiali che accelerano le reazioni chimiche senza consumarsi nel processo. Sono essenziali per un’ampia gamma di processi industriali, compresa la produzione di benzina, plastica e fertilizzanti. Tuttavia, molti catalizzatori sono costosi e inefficienti e possono anche produrre sottoprodotti dannosi.

Un modo per migliorare le prestazioni dei catalizzatori è filtrarli. Questo può essere fatto applicando pressione, allungando o torcendo il materiale. È stato dimostrato che i catalizzatori filtrati sono più attivi e selettivi rispetto ai catalizzatori non filtrati, ma non è chiaro il motivo.

La nuova teoria sviluppata dagli scienziati di Berkeley fornisce una spiegazione fondamentale per la maggiore attività catalitica dei materiali sottoposti a tensione. La teoria mostra che la deformazione modifica la struttura elettronica del catalizzatore, rendendolo più reattivo. Questa maggiore reattività consente al catalizzatore di accelerare le reazioni chimiche in modo più efficace.

La teoria potrebbe aiutare i ricercatori a progettare nuovi catalizzatori per una varietà di reazioni chimiche. Comprendendo come la tensione influisce sull'attività catalitica, i ricercatori possono personalizzare le proprietà dei catalizzatori per ottenere i risultati desiderati. Ciò potrebbe portare allo sviluppo di catalizzatori più efficienti e rispettosi dell’ambiente per un’ampia gamma di processi industriali.

"La nostra teoria fornisce un nuovo modo di pensare alla catalisi", ha affermato l'autore principale dello studio, il dottor Jeffrey Greeley. "Dimostra che la deformazione non è solo un modo per migliorare le prestazioni dei catalizzatori esistenti, ma è anche un modo per progettare nuovi catalizzatori con attività e selettività senza precedenti."

La teoria si basa sulla teoria del funzionale della densità (DFT), un metodo ampiamente utilizzato per studiare la struttura elettronica dei materiali. I calcoli DFT sono stati eseguiti su una varietà di catalizzatori sottoposti a sollecitazione e non sottoposti a sollecitazione e i risultati hanno mostrato che la deformazione ha modificato significativamente la struttura elettronica dei materiali. Questi cambiamenti nella struttura elettronica sono stati poi collegati all'attività catalitica potenziata dei materiali filtrati.

Lo studio è stato finanziato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, Office of Basic Energy Sciences.