Viendo una reacción química en tiempo real

Vistas del LCLS de la superficie química (Crédito: Hirohito Ogasawara/SLAC National Accelerator Laboratory)

Vistas del LCLS de la superficie química (Crédito: Hirohito Ogasawara/SLAC National Accelerator Laboratory)

Los pulsos ultra-rápidos y ultra-brillantes de rayos X del Linac Coherent Light Source (LCLS) han permitido vistas sin precedentes de un catalizador en acción, un paso importante en el esfuerzo por desarrollar fuentes de energía más limpias y eficientes.

Científicos del Laboratorio de Acelerador Nacional del Departamento de Energía de Estados Unidos (SLAC) hicieron uso del LCLS, y conjuntamente con simulaciones computarizadas revelaron detalles sorprendentes de un estado temprano y de corta vida en una reacción química ocurriendo en la superficie de la muestra catalizadora.

El estudio ofrece pistas importantes sobre el funcionamiento de un catalizador y da inicio a una nueva era de experimentación en química de superficies.

Los catalizadores, que pueden acelerar reacciones químicas y hacerlas más eficientes y efectivas, son parte esencial de la mayoría de procesos industriales y la misma producción de muchos químicos. Los convertidores catalíticos en automóviles, por ejemplo, reducen las emisiones al disminuir los componentes tóxicos del humo contaminante.

La comprensión de cómo funcionan los catalizadores, en escalas de tiempo ultra-rápido y precisión molecular, es esencial para producir combustibles sintéticos nuevos y de bajo costo, así como nuevas fuentes de energía alternativa para reducir la contaminación, indicó Anders Nilsson, subdirector del Centro Para Ciencia Interfase y Catalizador de Stanford y SLAC, y autor principal de artículo publicado el 15 de marzo en Science.

En el experimento realizado en el LCLS, los investigadores observaron una reacción simple en un cristal compuesto de rutenio, un catalizador ampliamente estudiado, en reacción con el gas monóxido de carbono. Los científicos aplicaron a la superficie del cristal un láser convencional, lo cual ocasionó que las moléculas de monóxido de carbono se dividieran. Posteriormente sondearon este estado de la reacción utilizando pulsos de rayos X y observaron que las moléculas quedaban atrapadas temporalmente en un estado casi gaseoso y seguían reaccionando con el catalizador.

“Nunca esperamos ver este estado”, dijo Nilsson. “Fue una sorpresa”.

Este experimento no sólo fue el primero en confirmar los detalles de este estado inicial en la reacción, sino que encontró una cantidad inesperada de moléculas atrapadas en este estado por más tiempo del anticipado, dando así lugar a nuevas preguntas sobre la interacción de químicos a escala atómica.

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