Pela primeira vez na história, pesquisadores da Universidade de Kyoto conseguiram desenvolver uma chamada liga dos sonhos contendo 8 metais preciosos.
Embora uma liga de metal desse tipo tenha sido almejada desde a Idade do Bronze (3300 a.C a 1200 a.C), essa é a primeira vez que a humanidade dispõe das técnicas e das tecnologias necessárias para chegar a esse marco histórico.
E apesar de ter sido pouco veiculado nos meios de comunicação, a exceção do jornal The Mainichi Shimbun em sua versão exclusiva em japonês e quase 8 mil visualizações na Journal of the American Chemical Society, o feito é revolucionário.
Além da excelência da técnica humana trabalhando com nanopartículas, essa nova ‘liga dos sonhos’ desenvolvida pela Universidade de Kyoto é, potencialmente, uma solução para a energia verde a partir hidrogênio. Confira.
Condutores e catalizadores de energia
Metais preciosos como prata e ouro são adorados por sua beleza, brilho e pelos acessórios que eles podem se tornar nas mãos de um bom artesão. Contudo, muito mais do que adornos de beleza, esses elementos (assim como o cobre) são poderosos condutores de energia.
Outro metal nobre amado por sua beleza é a platina, porém, diferente de seus primos prata e ouro, esse raro elemento que também é usado para intervenções cirúrgicas, é um catalizador de energia.
Um catalizador de energia, de maneira resumida e simplória, é uma substância que pode ser adicionada a uma reação química para aumentar a sua velocidade sem ser consumida no processo. A platina é o catalizador mais eficiente na reação de oxidação e hidrogenação.
Não é um acaso que esse metal raro seja o mais utilizado em pesquisa e desenvolvimento para baterias e células de energia de hidrogênio. Por ser um metal nobre e raro, a inovação tecnológica do setor energético é realizada a custo bem altos.
Oito elementos metálicos na ‘liga dos sonhos’
Combinar os oito elementos na liga dos sonhos, Platina (78Pt), Paládio (46Pd), Ródio (45Rh), Irídio (77Ir), Rutênio (44Ru), Ósmio (76Os), Ouro (79Au) e Prata (47Ag) foi uma tarefa hercúlea. Certos elementos são como água e óleo, portanto, altamente complexo combiná-los.
E apesar do ouro, prata e ósmio não serem catalizadores de energia, adicioná-los à liga dos sonhos possibilitou um desempenho 10 vezes superior dos outros elementos que compõe essa nova liga metálica.
A equipe da Divisão de Química da Escola de Graduação de Ciências da Universidade de Kyoto formada por Dongshuang Wu, Kohei Kusada, Tomokazu Yamamoto, Takaaki Toriyama, Syo Matsumura, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota e Hiroshi Kitagawa realizaram em 2020 a primeira liga contendo os cinco metais catalizadores com o ósmio.
Para tal, foi utilizado o método de Equilíbrio da Oxidação e Redução para a criação da nanoliga. O documento pode ser acessado apenas em inglês clicando em Platinum-group-metal High-entropy-alloy Nanoparticles.
Abstract do trabalho da Divisão de Química da Escola de Graduação de Ciências da Universidade de Kyoto em 2020 na Journal of the American Chemical Society
Os metais do grupo da platina (MGP) são seis elementos vizinhos na tabela periódica dos elementos. Cada PGM pode promover eficientemente reações únicas e, portanto, as ligas de MGP criariam catalisadores ideais para reações complexas ou de várias etapas que envolvem vários reagentes e intermediários. Assim, nanopartículas (NPs) de liga de alta entropia (HEA) de todos os seis MGP (denominados MGP-HEA) com uma grande variedade de sítios de adsorção em suas superfícies podem ser candidatos ideais para catalisar reações complexas. Aqui, relatamos pela primeira vez MGP-HEA e demonstramos que MGP-HEA promove eficientemente a reação de oxidação do etanol (EOR) com processos complexos de transferência de 12 elétrons/12 prótons. MGP-HEA mostra 2,5 (3,2), 6,1 (9,7) e 12,8 (3,4) vezes mais atividade do que os catalisadores comerciais de Pd/C, Pd black e Pt/C em termos de atividade intrínseca (massa), respectivamente. Ele registra, notavelmente, uma atividade de massa mais de 1,5 vezes maior do que o catalisador mais ativo até o momento. Nossas descobertas abrem caminho para a promoção de reações complexas ou de várias etapas que raramente são realizadas por catalisadores mono ou bimetálicos.
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Aplicação da liga dos sonhos
O artigo indicado acima de 2020 demonstra a produção de uma liga dos metais da família da platina, isto é, Platina (78Pt), Paládio (46Pd), Ródio (45Rh), Irídio (77Ir), Rutênio (44Ru) e Ósmio (76Os).
No primeiro experimento, os pesquisadores observaram que, além das múltiplas e complexas catalizações que cada elemento pode oferecer em atividade, a eficiência da platina como catalizador dobrou junto aos outros cinco elementos MGP.
Com a adição da prata e do ouro, elementos que embora condutores de energia e não catalisadores, proporcionaram um desempenho 10 vezes maior dos MGP, o que poderá revolucionar a indústria energética do futuro a base de hidrogênio.
Além disso, a equipe da Divisão de Química da Universidade de Kyoto também desenvolveu um método de produção em massa da liga dos sonhos. Isso deverá acontecer nos próximos anos em parceria também com a iniciativa privada.
“É surpreendente ver como o desempenho do catalisador aumentou com a mistura de ouro e prata. Desta vez misturamos os oito elementos de maneira uniforme, mas podemos alterar a proporção para encontrar a melhor eficiência”, disse Hiroshi Kitagawa, chefe da pesquisa.
Fontes: The Mainichi Shimbun, Khan Academy, Journal of the American Chemical Society
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