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NOVIDADES
Atualmente, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês, Massachusetts Institute of Technology, MIT), EUA, e de outras instituições descobriram que estes dois processos, catálise e molhabilidade, os quais eram considerados não correlacionados, são na verdade, intimamente ligados. Esta descoberta pode facilitar a escolha de novos catalisadores para aplicações específicas, entre outros benefícios em potencial. “O que é realmente empolgante é que nós podemos correlacionar as interações a nível atômico da água e óxidos na superfície com medidas macroscópicos de molhabilidade, independe da superfície ser hidrofóbica ou hidrofílica, e relacionar isso diretamente com as propriedades catalíticas”, disse Yang Shao-Horn, professor do MIT. O foco da pesquisa é uma classe de óxidos denominada perovskitas, as quais são interessantes para aplicações tais como sensores de gases, purificação de água, baterias e células-combustíveis.  Materiais que apresentam boas propriedades de molhabilidade, como ilustrado na figura da esquerda, onde as gotas se espalham de maneira planar, tendem a possuir grupos hidroxilas ligados a superfície, os quais inibem a atividade catalítica. Materiais que repelem a água, como mostrado a direita, onde as gotas ficam mais esféricas, contribuem mais para a atividade catalítica, como demonstrado pelas reações entre as pequenas moléculas ilustradas em laranja. Créditos: MIT
“Nós mostramos como a molhabilidade e a catálise, dois fenômenos de superfície, estão correlacionados e como a estrutura eletrônica depende de ambos”, disse Varanasi. Embora ambos os efeitos sejam importantes em uma gama de processos industriais e têm sido objeto de muitas pesquisas, “ao nível molecular, nós entendemos muito pouco sobre o que ocorre na interface”, disse Shao-Horn. “Este é um passo futuro, o qual fornecerá a compreensão a nível molecular”. “Foi essencialmente uma técnica experimental” que tornou possível este novo entendimento, explica Kelsey Stoerzinger, estudante de graduação do MIT e autora principal do artigo. Enquanto a maioria das tentativas de estudar tais fenômenos de superfície utiliza instrumentos que requerem vácuo, este grupo utilizou um dispositivo que permite estudar as reações sob a umidade do ar, temperatura ambiente e com níveis variados de vapor de água presente. Experimentos utilizando este sistema, denominado Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios-X sob Pressão Ambiente, revelaram que a reatividade frente à água é a chave de todo o processo, disse ela. As moléculas de água se rompem para formar grupos hidroxilas – um átomo de oxigênio ligado a um átomo de hidrogênio – que se liga à superfície do material. Estes compostos reativos, por sua vez, são responsáveis pelo aumento da molhabilidade da superfície o que simultaneamente inibe a capacidade do material catalisar as reações químicas. Portanto, para aplicações que requerem elevada atividade catalítica, a pesquisa comprova que um fator determinante é que a superfície seja hidrofóbica ou com baixa molhabilidade. “Idealmente, este conhecimento nos ajudará a desenvolver novos catalisadores”, disse Stoerzinger. Se um dado material “apresenta baixa afinidade pela água, ele terá uma alta capacidade para a atividade catalítica”. Shao-Horn pontua que este é apenas o início da descoberta e que a “extensão destas tendências para classes mais amplas de materiais e afinidade por grupos hidroxilas requerem maiores investigações”. O grupo já começou tais investigações nestas áreas. Esta pesquisa, segundo os pesquisadores, “abre o horizonte que imaginávamos sobre materiais e superfícies”, tanto em catálise, quanto na questão da molhabilidade. David L. Chandler, MIT (Tradução – MBS).
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