Metalul-cameleon tocmai a fost inventat. La ce folosește?

O echipă de cercetători în energie condusă de Universitatea din Minnesota Twin Cities a inventat un dispozitiv care convertește electronic un metal, astfel încât metalul-cameleon să se comporte ca un altul pentru a fi utilizat drept catalizator în reacții chimice.

Dispozitivul, numit „condensator catalitic”, este primul care demonstrează că materialele alternative care sunt modificate electronic pentru a oferi noi proprietăți pot produce o procesare chimică mai rapidă și mai eficientă.

Invenția va permite realizarea de noi tehnologii catalitice care utilizează catalizatori din metale neprețioase pentru aplicații importante, cum ar fi stocarea energiei regenerabile, producerea de combustibili regenerabili și fabricarea de materiale durabile.

Cercetarea este publicată online în JACS Au. Echipa lucrează, de asemenea, cu Biroul de Comercializare Tehnologică de la Universitatea din Minnesota și are un brevet provizoriu asupra dispozitivului.

Metalul-cameleon ne-ar putea schimba viețile

Procesarea chimică din ultimul secol s-a bazat pe utilizarea unor materiale specifice pentru a favoriza fabricarea substanțelor chimice și a materialelor pe care le folosim în viața de zi cu zi. Multe dintre aceste materiale, cum ar fi metalele prețioase ruteniu, platină, rodiu și paladiu, au proprietăți electronice unice de suprafață. Ele pot acționa atât ca metale, cât și ca oxizi de metal, făcându-le cruciale pentru controlul reacțiilor chimice.

Publicul larg este probabil cel mai familiarizat cu acest concept prin prisma creșterii numărului de furturi de convertoare catalitice de pe mașini. Convertizoarele catalitice sunt valoroase datorită rodiului și paladiului din interiorul lor. De fapt, paladiul poate fi mai scump decât aurul.

Aceste materiale scumpe sunt adesea insuficiente în întreaga lume și au devenit o barieră majoră în calea progresului tehnologiei.

Cum reglezi proprietățile unei substanțe?

Pentru a dezvolta această metodă de reglare a proprietăților catalitice ale materialelor alternative, cercetătorii s-au bazat pe cunoștințele lor despre modul în care se comportă electronii la suprafețe. Echipa a testat cu succes o teorie conform căreia adăugarea și îndepărtarea electronilor dintr-un material ar putea transforma oxidul de metal în ceva care imita proprietățile altuia. Așa a apărut metalul-cameleon.

„Atomii chiar nu vor să-și schimbe numărul de electroni, dar am inventat dispozitivul de condensare catalitică care ne permite să reglam numărul de electroni de la suprafața catalizatorului”, a spus Paul Dauenhauer, profesor de inginerie chimică și știința materialelor la Universitatea din Minnesota, care a condus echipa de cercetare.

„Acest lucru deschide o oportunitate cu totul nouă pentru controlul chimic și pentru ca materialele abundente să acționeze ca niște materiale prețioase”, spune Dauenhauer.

Rezultate peste așteptări

Dispozitivul condensator catalitic folosește o combinație de filme nanometrice pentru a muta și a stabiliza electronii de la suprafața catalizatorului. Acest design are mecanismul unic de a combina metale și oxizi de metal cu grafen pentru a permite fluxul rapid de electroni pe suprafețe reglabile chimic.

„Folosind diverse tehnologii de peliculă subțire, am combinat o peliculă de alumină la scară nanometrică realizată din aluminiu, metal disponibil din abundență la preț redus, cu grafen, pe care apoi l-am putut regla pentru a prelua proprietățile altor materiale”, a spus Tzia Ming Onn, cercetător post-doctoral la Universitatea din Minnesota, care a fabricat și a testat condensatoarele catalitice.

„Abilitatea substanțială de a regla proprietățile catalitice și electronice ale catalizatorului a depășit așteptările noastre”, spune el.

Metalul-cameleon va putea avea multiple utilizări

Designul condensatorului catalitic are o utilitate largă ca dispozitiv platformă pentru o serie de aplicații de producție. Această versatilitate provine din fabricarea sa nanometrică care încorporează grafenul drept componentă activatoare a stratului de suprafață activ, scrie Phys.org.

Puterea dispozitivului de a stabiliza electronii este reglabilă cu o compoziție variabilă a unui strat intern puternic izolator. Stratul activ al dispozitivului poate include, de asemenea, orice material catalizator de bază cu aditivi suplimentari, care pot fi apoi reglați pentru a atinge proprietățile materialelor catalitice scumpe.

„Vedem condensatorul catalitic ca pe o tehnologie de platformă care poate fi implementată într-o serie de aplicații de producție”, a spus Dan Frisbie, profesor și șef al Departamentului de Inginerie Chimică și Știința Materialelor de la Universitatea din Minnesota și membru al echipei de cercetare.

„Perspectivele de bază ale designului și componentele noi pot fi modificate pentru aproape orice substanță pe care ne-o putem imagina”, spune Frisbie.

Echipa intenționează să-și continue cercetările asupra condensatoarelor catalitice, aplicându-le metalelor prețioase pentru unele dintre cele mai importante probleme de durabilitate și de mediu. Mai multe proiecte paralele sunt deja în desfășurare pentru stocarea energiei electrice regenerabile sub formă de amoniac, fabricarea moleculelor cheie din materiale plastice regenerabile și curățarea fluxurilor de deșeuri gazoase.

Vă recomandăm să citiți și:

Difuzorul subțire ca hârtia prin care poți transforma suprafețele în surse audio

Large Hadron Collider a accelerat protoni la un nivel de record mondial

Cercetătorii au inventat „nasul electronic” care poate detecta băutura contrafăcută

Viitoarele așezări de pe Marte ar putea fi construite cu ajutorul bacteriilor