El conocimiento atómico podría aumentar la eficacia de la fabricación química
Investigadores desarrollan algoritmos que revelan cómo el propano se convierte en propileno para productos cotidianos
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Innumerables productos cotidianos, desde botellas de plástico hasta muebles de exterior, se obtienen transformando primero el propano en propileno. Un estudio publicado en Science en 2021 demostró que los químicos podían utilizar catalizadores en tándem a nanoescala para integrar varias etapas del proceso en una sola reacción, lo que permitiría a las empresas aumentar el rendimiento y ahorrar dinero. Pero no estaba claro qué ocurría a nivel atómico, lo que dificultaba la aplicación de la técnica a otros procesos industriales clave.
El profesor adjunto Siddharth Deshpande y la estudiante de doctorado Snehitha Srirangam utilizan visualizaciones de datos para revelar lo que ocurre a nivel atómico cuando los catalizadores convierten el gas de esquisto en polipropileno. Los nuevos algoritmos que han desarrollado podrían conducir a formas más eficientes de crear productos cotidianos.
University of Rochester photo / J. Adam Fenster
Investigadores de la Universidad de Rochester desarrollaron algoritmos que muestran las características atómicas clave que impulsan la compleja química cuando los catalizadores a nanoescala convierten el propano en propileno. En un estudio publicado en la revista Journal of the American Chemical Society, analizan estas intrincadas reacciones complicadas por materiales en múltiples estados.
"Hay muchas posibilidades diferentes de lo que ocurre en los sitios activos catalíticos, así que necesitamos un enfoque algorítmico para filtrar de forma fácil y lógica la gran cantidad de posibilidades existentes y centrarnos en las más importantes", explica Siddharth Deshpande, profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Química y de la Sostenibilidad. "Perfeccionamos nuestros algoritmos y los utilizamos para hacer un análisis muy detallado de la fase metálica y la fase de óxido que impulsan esta reacción tan compleja".
Desphande y su estudiante de doctorado de ingeniería química Snehitha Srirangam descubrieron varias sorpresas en su análisis. El óxido en la reacción química prefería crecer alrededor de los sitios metálicos defectuosos de forma muy selectiva, lo que resultó crítico para la estabilidad del catalizador. Y aunque el óxido puede existir bajo distintas composiciones químicas, nunca abandonó su función de estar alrededor de los sitios metálicos defectuosos.
Según Deshpande, los investigadores pueden aprovechar estos conocimientos y los planteamientos algorítmicos del equipo para comprender la estructura atómica de otras reacciones químicas, como la síntesis de metanol utilizada para productos que van desde las pinturas a las pilas de combustible. Con el tiempo, cree que esto podría ayudar a las empresas a buscar estratégicamente formas más eficientes de producir propileno y otros materiales industriales y depender menos de los métodos de ensayo y error que han utilizado durante décadas.
"Nuestro planteamiento es muy general y puede abrir las puertas a la comprensión de muchos de estos procesos que han seguido siendo un enigma durante décadas", afirma Deshpande. "Sabemos que estos procesos funcionan y producimos toneladas de estos productos químicos, pero nos queda mucho por aprender sobre por qué funcionan exactamente".
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