Οι μηχανικοί δείχνουν πώς το οξείδιο του βολφραμίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καταλύτης σε βιώσιμες χημικές μετατροπές

[Giannis]

Οι μηχανικοί βασίζονται σε καταλύτες για μια τεράστια γκάμα εφαρμογών από την παραγωγή τροφίμων έως την παραγωγή χημικών, επομένως η εύρεση αποτελεσματικών, φιλικών προς το περιβάλλον καταλυτών είναι μια σημαντική οδός έρευνας.

Νέα έρευνα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ Swanson School of Engineering θα μπορούσε να οδηγήσει στη δημιουργία νέων, βιώσιμων καταλυτών με βάση το οξείδιο του βολφραμίου και παρόμοιες ενώσεις.

Το έργο χρησιμοποίησε υπολογιστικές προσομοιώσεις για να κατανοήσει πώς το οξείδιο του βολφραμίου αλληλεπιδρά με το υδρογόνο σε μοριακό επίπεδο και τα ευρήματα επαληθεύτηκαν μέσω εργαστηριακού πειραματισμού.

Μια εργασία που περιγράφει λεπτομερώς τα ευρήματα παρουσιάστηκε πρόσφατα στο εξώφυλλο του Journal of the American Chemical Society ( JACS ) και πρωτοστάτησε από μια ομάδα από το Τμήμα Χημικής και Μηχανικής Πετρελαίου: Ph.D. Ο υποψήφιος Evan V. Miu, ο Επίκουρος Καθηγητής James McKone και ο Αναπληρωτής Καθηγητής και ο Υπάλληλος Διδακτορικού Διδασκομένου του Δικοσιετούς Αποφοίτου Γιάννη Μπουρμπάκη.

"Το οξείδιο του βολφραμίου είναι ένας καταλύτης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιτάχυνση βιώσιμων χημικών μετατροπών χρησιμοποιώντας ηλιακό φως ή ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η χημική ένωση έχει έναν μοναδικό τρόπο αλληλεπίδρασης με άτομα υδρογόνου που την καθιστά ιδιαίτερα καλή στη συμμετοχή σε χημικές αντιδράσεις όπου χρειάζεται να παράγεται υδρογόνο ή μεταχειρισμένα», είπε ο Μπουρμπάκης.

«Οι τύποι χημικών αντιδράσεων για τους οποίους είμαστε πιο ενθουσιασμένοι περιλαμβάνουν τη χρήση υδρογόνου για τη λήψη διοξειδίου του άνθρακα - τον κύριο ένοχο για την υπερθέρμανση του πλανήτη - και τη μετατροπή του σε χρήσιμα καύσιμα και χημικά», πρόσθεσε ο McKone.

Ενώ οι περισσότεροι καταλύτες αλληλεπιδρούν μόνο με μόρια όπως το υδρογόνο στην επιφάνειά τους, το οξείδιο του βολφραμίου μπορεί επίσης να εισάγει υδρογόνο στο τρισδιάστατο κρυσταλλικό πλέγμα του. Η προηγμένη μοντελοποίηση των ερευνητών μπόρεσε να δείξει ότι αυτή η διαδικασία έχει τεράστιο αντίκτυπο στο τι πραγματικά συμβαίνει στην επιφάνεια του καταλύτη.

Η εργασία ανοίγει τη δυνατότητα σχεδιασμού μιας εντελώς νέας οικογένειας καταλυτών με βάση το οξείδιο του βολφραμίου και παρόμοιες ενώσεις, χρησιμοποιώντας την υπολογιστική προσέγγιση της ομάδας για την πρόβλεψη των καταλυτικών ιδιοτήτων τους.

«Δεν είναι υπερβολή να πούμε ότι μπορούμε να χαράξουμε μια ευθεία γραμμή μεταξύ της λεπτής επιστήμης που περιέχεται σε αυτή τη μελέτη και της δυνατότητας επανεφεύρεσης ενός τεράστιου τμήματος χημικής παραγωγής για να γίνει πιο περιβαλλοντικά βιώσιμη», δήλωσε ο McKone. «Μπορούμε να σχεδιάσουμε καταλύτες για την παροχή υδρογόνου με τον σωστό τρόπο για να κάνουμε χημικές μετατροπές που λειτουργούν με νερό και ηλεκτρισμό εξίσου αποτελεσματικά με αυτό που κάνουμε σήμερα χρησιμοποιώντας ορυκτά καύσιμα».

Αυτό το έργο ήταν μια συνεργασία μεταξύ του Εργαστηρίου CANEla του Μπουρμπάκη και του εργαστηρίου McKone, όπου ο επικεφαλής συγγραφέας Miu είναι απόφοιτος του NSF που εργάζεται στη γεφύρωση της θερμικής και ηλεκτρικής κατάλυσης μέσω της εφαρμογής τόσο πειραματικών όσο και υπολογιστικών μεθόδων.

«Η συνεργασία με τους καθηγητές Μπουρμπάκη και McKone μου έδωσε μια απίστευτη ευκαιρία να λειτουργήσω στη διασύνδεση της θεωρίας και του πειράματος», είπε ο Miu. «Αυτές οι συμπληρωματικές προοπτικές μας βοήθησαν να κατανοήσουμε βαθιά πώς οι μπρούντζοι οξειδίου μετάλλου καταλύουν το υδρογόνο και είμαστε ενθουσιασμένοι που εφαρμόζουμε τα ευρήματά μας και κάνουμε ουσιαστικά βήματα προς πιο βιώσιμες χημικές διεργασίες».