I ricercatori dell'Università di Houston e della Trinity University hanno per la prima volta fornito prove dirette di un meccanismo di reazione mediato dall'acqua per l'ossidazione catalitica del monossido di carbonio.

Il lavoro ha utilizzato nanoparticelle d'oro e biossido di titanio come catalizzatore per accelerare il processo e ha determinato che l'acqua funge da co-catalizzatore per la reazione che trasforma il monossido di carbonio in anidride carbonica. Mentre i ricercatori hanno lavorato per anni con l'ossidazione del monossido di carbonio utilizzando catalizzatori d'oro e si sono resi conto che l'acqua può cambiare la reazione, nessuno è stato precedentemente in grado di spiegare completamente perché ha funzionato.

Il lavoro è descritto nell'edizione del 5 settembre della rivista Scienza .

"Possiamo dire con un alto grado di certezza che ora comprendiamo il ruolo di ciascuno dei componenti e cosa fanno durante questa reazione catalitica, " ha detto Lars Grabow, assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso l'Università di Houston. Lui e Hieu Doan, un dottorato di ricerca studente presso l'UH Cullen College of Engineering, sviluppato simulazioni computazionali per supportare gli esperimenti condotti dai chimici della Trinity University Bert Chandler, Christopher Pursell e Johnny Saavedra.

Chandler, professore di chimica al Trinity, ha detto che il lavoro era una vera collaborazione.

"Ci sono voluti tutti noi per realizzarlo, " ha detto. "Quello che abbiamo fatto è colmare il divario tra la scienza di superficie e le persone computazionali. Sapevamo che l'acqua aiutava la reazione, ma non ne comprendevamo appieno il ruolo. Ora sappiamo che l'acqua è un co-catalizzatore per questa reazione".

Se usato in gioielleria, l'oro è apprezzato per le sue proprietà non reattive:non arrugginisce né si appanna se esposto all'aria o all'acqua. E i ricercatori lo sanno da tempo, nonostante la sua reputazione di metallo inerte, le nanoparticelle d'oro possono fungere da catalizzatore per accelerare la reazione chimica.

Ma nessuno sapeva esattamente perché funzionasse. L'acqua si è rivelata fondamentale, anche quando non è esplicitamente aggiunto al processo, ha detto Grabow.

Tracce di acqua prelevata dall'aria hanno guidato le reazioni sulla superficie dei catalizzatori d'oro, Egli ha detto.

Durante gli esperimenti e lo studio computazionale, i ricercatori hanno osservato come l'acqua, gli idrossili di superficie e l'interfaccia metallo-supporto hanno interagito durante l'ossidazione del monossido di carbonio su un catalizzatore oro-titania.

"In tutti i casi, un trasferimento di protoni essenzialmente privo di barriere ha abbassato l'energia complessiva del sistema, generando H2O2 o OOH. Una volta formato OOH, è migrato lungo la particella Au, permettendo agli atomi di avvicinarsi, ma non rigorosamente a, l'interfaccia metallo-supporto per partecipare alla reazione, " hanno scritto per descrivere le loro scoperte, riferito alla generazione di acqua ossigenata o idroperossile e alla migrazione di idroperossile lungo le particelle d'oro.

Essenzialmente, hanno scoperto che i protoni di un sottile strato d'acqua che si estende sulla superficie del catalizzatore si staccano dalle molecole d'acqua e si attaccano alle molecole di ossigeno, spostandosi brevemente sulla superficie del catalizzatore per stimolare la reazione prima di tornare allo strato d'acqua.

I modelli precedenti si concentravano tipicamente sui singoli componenti della reazione, Grabow ha detto, rendendo questo progetto il primo a riunire tutte le sfaccettature in un unico modello che supporta pienamente le osservazioni sperimentali dei chimici Trinity. Chandler ha affermato che il lavoro potrebbe fornire un modo per produrre idrogeno pulito dal petrolio e dal gas naturale.