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27 de Fevereiro de 2019

Novo reator para imagens 3D in situ de catalisadores

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Pesquisadores obtiveram imagens 3D de catalisadores durante reação por difração de Bragg de raios X coerentes


Catalisadores são substâncias que promovem e aceleram reações químicas sem serem consumidos durante o processo. Por exemplo, catalisadores são também utilizados, para reduzir a emissão de gases tóxicos, como o monóxido de carbono ($\rm CO$) produzido por veículos automotores.

Os conversores catalíticos presentes no escapamento dos veículos permitem que ocorra a reação de oxidação do $\rm CO$, isto é, na presença do catalisador, ocorre a reação do $\rm CO$ com o gás oxigênio ($\rm O_2$), levando a formação de gás carbônico ($\rm CO_2$).

Assim, para se obter processos mais baratos e eficientes para controlar a poluição veicular, é necessário um melhor entendimento dos materiais catalíticos. Consequentemente, para a realização dessas sofisticadas pesquisas, é necessário o constante desenvolvimento de novas ferramentas de investigação científica.

Reator instalado na linha de luz CRISTAL, da fonte de luz síncrotron SOLEIL.

Nesse sentido, Amélie Rochet, pesquisadora do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), e colaboradores desenvolveram [1] um novo reator que permite a observação de catalisadores em 3D durante reações químicas, em ambiente controlado de gases e temperatura (condições in situ) com a técnica experimental denominada difração de Bragg de raios X coerentes.

O equipamento foi instalado na linha de luz CRISTAL da fonte de luz síncrotron SOLEIL, na França, para estudar um catalisador composto de nanocristais de ouro de 120 nanômetros de tamanho, suportados em dióxido de titânio ($\rm TiO_2$). Através do experimento possibilitado pelo novo reator catalítico, o grupo obteve imagens tridimensionais dos nanocristais de ouro com resolução de 32 nanômetros durante o processo químico de oxidação do $\rm CO$, simulando as condições de reação presentes nos escapamentos de veículos.

Assim, foi possível mostrar que a forma dos nanocristais de ouro responde dinamicamente à mudança no ambiente gasoso: a mudança do gás inerte para a mistura de gases reativos induz a transformação das nanopartículas bem-facetadas em nanopartículas arredondadas. Durante a reação catalítica, um processo reversível ocorre com um forte deslocamento da rede (movimento dos átomos da estrutura cristalina perfeita) alterando a estrutura dos sítios ativos nos quais a reação ocorre.

Em um futuro próximo, com o maior fluxo de raios X coerentes que estará disponível na nova fonte de luz síncrotron brasileira, Sirius, serão possíveis estudos semelhantes com aquisições de dados muito mais rápidas e resoluções espaciais sem precedentes.

Fonte: [1] Amélie Rochet, Ana Flávia Suzana, Aline R. Passos, Tiago Kalile, Felisa Berenguer, Celso V. Santilli, Sandra H. Pulcinelli, Florian Meneau, In situ reactor to image catalysts at work in three-dimensions by Bragg coherent X-ray diffraction, Catalysis Today, 2018. DOI: 10.1016/j.cattod.2018.12.020.