Químicos descubren que los átomos metálicos juegan un papel clave en la síntesis orgánica fina

Un pequeño equipo de químicos de la Academia de Ciencias de Rusia descubrió que los átomos de metal, y no las nanopartículas, desempeñan un papel clave en los catalizadores utilizados en la síntesis orgánica fina. En el estudio, publicado en Revista de la Sociedad Química Estadounidenseel grupo usó varios tipos de microscopía electrónica para escanear una región de un catalizador durante una reacción para aprender más sobre cómo estaba ocurriendo.

Investigaciones anteriores han demostrado que existen dos métodos principales para estudiar una reacción. El primero es el más básico: a medida que se agregan ingredientes, la reacción simplemente se observa y/o se mide. Esto puede facilitarse mediante el uso de cámaras de alta velocidad. Este enfoque no funcionará con reacciones a nanoescala, por supuesto. En tales casos, los químicos usan un segundo método: tratan de capturar el estado de todos los componentes antes y después de la reacción y luego los comparan para aprender más sobre lo que sucedió.

Sin embargo, este segundo enfoque deja mucho que desear, ya que no hay forma de probar que los objetos bajo estudio se corresponden entre sí. En los últimos años, los químicos han estado trabajando en un nuevo enfoque: rastrear la acción de una sola partícula durante la reacción. Este nuevo método ha demostrado tener mérito, pero también tiene limitaciones: tampoco puede usarse para reacciones que tienen lugar en el nanomundo. En este nuevo esfuerzo, los investigadores utilizaron varios tipos de microscopía electrónica junto con algoritmos de aprendizaje automático.

Para probar sus ideas, los investigadores utilizaron un sustrato de carbono con nanopartículas de paladio incorporadas como catalizador. Al estudiar las reacciones utilizando un catalizador de este tipo con varios tipos de microscopios electrónicos y luego entrenar el algoritmo de aprendizaje automático con los resultados, pudieron rastrear una región del catalizador a medida que se movía a través de una reacción. Pudieron ver que había átomos metálicos individuales y grumos, además de las nanopartículas que desempeñaban un papel en la reacción. Estudios posteriores demostraron que aproximadamente el 99% de la actividad catalítica se debía a los átomos de paladio y no a las nanopartículas, a pesar de que constituían solo el 1% de la masa de paladio.