Le intuizioni atomiche potrebbero aumentare l'efficienza della produzione chimica
I ricercatori sviluppano algoritmi che rivelano come il propano diventa propilene per i prodotti di uso quotidiano
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Innumerevoli prodotti di uso quotidiano, dalle bottiglie di plastica da spremere ai mobili da esterno, sono ottenuti trasformando prima il propano in propilene. Uno studio del 2021 pubblicato su Science ha dimostrato che i chimici possono utilizzare catalizzatori tandem su scala nanometrica per integrare più fasi del processo in un'unica reazione: un modo per le aziende di aumentare la resa e risparmiare denaro. Ma non era chiaro cosa accadesse a livello atomico, rendendo difficile l'applicazione della tecnica ad altri processi industriali chiave.
Il professore assistente Siddharth Deshpande e la dottoranda Snehitha Srirangam usano le visualizzazioni dei dati per rivelare cosa succede a livello atomico quando i catalizzatori convertono il gas di scisto in polipropilene. I nuovi algoritmi sviluppati potrebbero portare a modi più efficienti di creare prodotti di uso quotidiano.
University of Rochester photo / J. Adam Fenster
I ricercatori dell'Università di Rochester hanno sviluppato algoritmi che mostrano le caratteristiche atomiche chiave che guidano la complessa chimica quando i catalizzatori su scala nanometrica trasformano il propano in propilene. In uno studio pubblicato sul Journal of the American Chemical Society, discutono di queste intricate reazioni, complicate da materiali in stati multipli.
"Ci sono così tante possibilità diverse di ciò che sta accadendo nei siti attivi catalitici, quindi abbiamo bisogno di un approccio algoritmico per vagliare in modo molto semplice e logico la grande quantità di possibilità esistenti e concentrarci su quelle più importanti", spiega Siddharth Deshpande, professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria chimica e della sostenibilità. "Abbiamo perfezionato i nostri algoritmi e li abbiamo usati per fare un'analisi molto dettagliata della fase metallica e della fase ossido che guidano questa reazione molto complessa".
Desphande e il suo dottorando in ingegneria chimica Snehitha Srirangam hanno trovato diverse sorprese nella loro analisi. L'ossido nella reazione chimica preferiva crescere intorno ai siti metallici difettosi in modo molto selettivo, il che si è rivelato fondamentale per la stabilità del catalizzatore. E anche se l'ossido può esistere in diverse composizioni chimiche, non ha mai abbandonato la sua funzione di stare intorno ai siti metallici difettosi.
Secondo Deshpande, i ricercatori possono sfruttare queste conoscenze e gli approcci algoritmici del team per comprendere la struttura atomica di altre reazioni chimiche, come la sintesi del metanolo utilizzato per prodotti che vanno dalle vernici alle celle a combustibile. Alla fine, egli ritiene che questo potrebbe aiutare le aziende a cercare modi più efficienti per produrre propilene e altri materiali industriali e a fare meno affidamento sui metodi di prova ed errore che hanno usato per decenni.
"Il nostro approccio è molto generale e può aprire le porte alla comprensione di molti di questi processi che sono rimasti un enigma per decenni", afferma Deshpande. "Sappiamo che questi processi funzionano e produciamo tonnellate di queste sostanze chimiche, ma abbiamo ancora molto da imparare sul perché funzionano esattamente".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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