La aplicación de una luz brillante puede revertir la oxidación en nanopartículas de cobre en un proceso con beneficios ambientales importantes para la industria petroquímica, según un artículo que publica la revista Science.
El estudio lo financiaron el Departamento de Energía y la Fundación Nacional de Ciencias y lo dirigió Surjo Linic, un profesor asociado de ingeniería química en la Universidad de Michigan.
La capacidad recién descubierta del cobre para quitarse de encima el oxígeno ligado a su superficie podría permitir que el cobre actuara como catalizador para una reacción que se ha buscado por mucho tiempo, causando que las moléculas del oxígeno se enlacen con moléculas de propileno en la manera que forma el óxido de propileno.
El óxido de propileno es un precursor en la fabricación de muchos plásticos, cosméticos, pinturas y espumas aislantes.
El artículo señaló que para atender la demanda de estos productos Estados Unidos produce cada año más de 2,4 millones de toneladas métricas de óxido de propileno con un valor de unos 4.900 millones de dólares.
La producción del óxido de propileno involucra una compleja cadena de reacciones que genera compuestos químicos no deseados. El proceso que proporciona aproximadamente la mitad del óxido de propileno en EE.UU. también produce casi el doble en toneladas de sal.
Por largo tiempo los científicos han buscado un catalizador que pudiera "instar" a que el propileno y el oxígeno formen el óxido de propileno en una reacción directa que evite los residuos de desecho.
Los autores señalaron que por un tiempo el cobre metálico pareció prometedor, pero hasta ahora se ha descartado porque tiende a ligarse él mismo con el oxígeno, formando óxido de cobre, el cual tiene pocas propiedades catalíticas.
El cobre metálico prefiere ligar el oxígeno con dos de los átomos de carbono del propileno formando óxido de propileno, explicó el artículo. El óxido de cobre, por otra parte, tiende a separar el propileno en dióxido de carbono o a ligar el oxígeno al único átomo de carbono con el resultado del herbicida acroleína.
Los investigadores encontraron que si se estructura de manera inteligente el cobre, la luz puede revertir su oxidación.
El equipo hizo nanopartículas de cobre con un ancho de unos 40 nanómetros, aproximadamente la centésima parte del grosor de un hilo de telaraña. Luego salpicaron las pequeñas partículas de silicio transparente con las nanopartículas, e hicieron flotar un gas de propileno y oxígeno sobre el polvo resultante.
En la oscuridad el cobre se oxidó, y sólo el 20 por ciento del gas se convirtió en óxido de propileno. Pero bajo una luz blanca brillante, con cinco veces la intensidad de la luz del Sol, el cobre permaneció en estado metálico y convirtió el 50 por ciento del propileno en óxido de propileno.
El cobre metálico bajo la superficie oxidada concentró la luz liberando electrones de los átomos de cobre. Estos electrones entonces quebraron los lazos entre el cobre y el oxígeno.
Para llevar a la industria este método de producción de óxido de propileno, potencialmente barato e inocuo para el ambiente, se necesitará un nuevo tipo de reactor que pueda iluminar el catalizador, añadió el artículo./EFE