Uma equipe liderada pelos pesquisadores Zhang Tao e Huang Yanqiang do Instituto de Física Química de Dalian, Academia Chinesa de Ciências, colaborou com o pesquisador Liu Wei do Instituto de Física Química de Dalian e o professor Wang Yanggang da Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul para rastrear diretamente o movimento do oxigênio no catalisador. Usando microscopia eletrônica de transmissão ambiental, eles observaram pela primeira vez um escape substancial de oxigênio do catalisador Ru/rutilo-TiO2. A descoberta aponta para novas formas de utilização do interior dos catalisadores, que muitas vezes são esquecidas.
Os resultados da pesquisa foram publicados em natureza 15 de abril de 2026.
O que é escape de oxigênio na catálise
Numa reação catalítica, o derramamento é o movimento de átomos ou moléculas (como hidrogênio ou oxigênio) entre um metal e o material que o suporta. A maioria dos estudos no passado concentrou-se nas repercussões que ocorrem na superfície do catalisador. Atualmente é incerto se o interior ou o volume do catalisador também desempenha um papel nestes processos através de vias não superficiais.
Compreender o transbordamento é importante porque afeta as interações de diferentes sítios ativos. Pode alterar o número de locais disponíveis e afetar o desempenho do catalisador. Pesquisas anteriores mostraram que os materiais que podem ser reduzidos podem melhorar o transbordamento da superfície, dependendo da distância e da rapidez com que os átomos se movem. No entanto, as técnicas espectroscópicas tradicionais têm lutado para revelar os caminhos exatos envolvidos no nível de uma única partícula. Obter uma imagem mais clara poderia ajudar os cientistas a controlar melhor as reações dependentes de repercussões.
Por que escolher o dióxido de titânio
Os pesquisadores escolheram o dióxido de titânio (TiO2) porque pode armazenar e liberar oxigênio de forma eficiente. Sua capacidade de alterar os estados de oxidação e suas diversas estruturas cristalinas tornam-no um modelo útil para estudar o comportamento do oxigênio. Usando microscopia eletrônica de transmissão ambiental, a equipe de pesquisa conseguiu observar diretamente o dióxido de titânio (Ru/TiO2) partículas.
Primeira evidência direta de fuga massiva de oxigênio
Durante décadas, os cientistas acreditaram que o derramamento ocorria principalmente na superfície do catalisador. Neste estudo, a equipe de pesquisa observou diretamente pela primeira vez o movimento do oxigênio dentro de um catalisador de rutênio suportado por dióxido de titânio rutilo (Ru/r-TiO2).2).
”Um canal foi exposto em TiO2 O suporte facilita o escape de oxigênio, e a interface metal-suporte atua como um escudo protetor de nível atômico, controlando se o escape de oxigênio pode passar. Esta descoberta inspira uma nova estratégia para utilizar o volume do catalisador, que tem sido tradicionalmente considerado inútil na catálise”, disse o professor Liu Wei.
O movimento do oxigênio abaixo da superfície da Terra
Pesquisadores mostram que os átomos de oxigênio passam (Ru/r-TiO2) está localizado na interface de uma camada de três a cinco átomos abaixo da superfície do r-TiO22 para metal. Este movimento é impulsionado por diferenças no potencial químico do oxigênio.
“Este transbordamento de oxigênio único em nosso trabalho permite que a maior parte do catalisador, que é inacessível aos reagentes, facilite a transferência de massa durante a reação catalítica, o que enfatiza a importância crítica da engenharia de interface no controle do comportamento de transbordamento”, disse o professor Huang Yanqiang.
Expandindo o conceito de interações metal-suporte
Cerca de 50 anos atrás, os cientistas descobriram a interação entre metais e transportadores, na qual partículas metálicas são cercadas por materiais óxidos como o TiO22 sob fortes condições redutoras. Este processo reduz a capacidade do metal de adsorver moléculas como H2 Tradicionalmente, pensava-se que estas interações envolviam apenas a troca de espécies nas superfícies externas do metal e do seu transportador, com as fronteiras entre eles desempenhando um papel fundamental na reação.
Este novo trabalho amplia este conceito, mostrando que grandes escapes de oxigênio permitem que as regiões internas do catalisador participem da transferência de massa durante a reação. Essas interfaces internas eram anteriormente consideradas inacessíveis.
Rumo a um design de catalisador mais eficiente
As descobertas destacam a importância da engenharia de interface para controlar o comportamento de transbordamento. Eles também demonstraram o poder da imagem de microscopia in situ no nível de partícula única para revelar vias de reação em sistemas catalíticos.
No futuro, os pesquisadores pretendem desenvolver esta descoberta. O professor Zhang Tao disse: “Usando esta excelente oportunidade, podemos melhorar a estrutura do sistema catalítico de uma reação de superfície bidimensional para uma sinergia tridimensional de ‘superfície-interface-volume’. Ela fornece novos insights sobre a engenharia de átomos de interface em catálise heterogênea e o comportamento catalítico dinâmico de catalisadores metálicos suportados. O próximo objetivo é desenvolver catalisadores práticos que utilizem o volume para promover diretamente reações químicas. “
