Explicado misterioso catalizador

De metanol a formaldehido, esta reacción es el punto de partida para la síntesis de muchos plásticos de uso diario. Usando catalizadores hechos de partículas de oro, se puede producir formaldehído sin generar resíduos medioambientalmente peligrosos de los métodos convencionales. Justamente lo que se ha descubierto es como funcionan teóricamente y experimentalmente dichos misteriosos catalizadores de oro, informando en detalle de lo que ocurre en la superficie del oro durante la reacción química.

Las nanopartículas de oro en realidad transforman selectivamente el metanol en formaldehido. Siendo un estable metal precioso, el oro no debería ser adecuado como catalizador. Sin embargo, las partículas de oro de unos pocos nanometros, ancladas a una superfice de dióxido de titanio, sirven para dicho propósito. Solo se necesita oxígeno para poner la reacción en movimiento, y el único residuo es agua. El como se lleva esto a cabo es lo que ha examinado el equipo de investigación.

Los químicos identificaron el emplazamiento activo del catalizador, es decir, el punto en el cual el oxígeno y el metanol se unen y se convierten en agua y formaldehido. Elaborados cálculos realizados por los investigadores mostraron que el oxígeno se une al interfaz entre el dióxido de titanio y partículas de oro. Ya que el dióxido de titanio es un semiconductor, y por tanto eléctricamente conductivo, es posible el intercambio de una carga entre el oxígeno, las partículas de oro y el dióxido de titanio. Las vacantes de oxígeno en el dióxido de titanio favorecen aún más esta transferencia de carga. Los electrones se transfieren transicionalmente desde el catalizador a la molécula de oxígeno, permitiendo que el metanol se una a las partículas de oro. En varias de las siguientes etapas de la reacción, se forman el formaldehído y el agua. El sólido, el cual consiste en oro y dióxido de titanio, está en el mismo estado al final del ciclo de la reacción que al principio, y es por eso que no es consumido.

El equipo de investigación aclaró las etapas individuales de la reacción en detalle, usando simulaciones por ordenador, denominadas cálculos de densidad funcional y varias técnicas de espectroscopía, denominadas espectroscopía vibracional (método HREELS) y espectroscopía de desorción térmica. En su modelos de cálculos, los investigadores cuantificaron el intercambio de carga que tiene lugar durante la catálisis. Las extremadamente sensibles mediciones de la espectroscopía vibracional realizadas confirman las consecuencias de la transferencia de carga en el sistema real.

Via RUHR