Superfície de cobre rica em oxigénio mantém-se quase metálica

Uma superfície de cobre pode estar saturada de oxigénio enquanto os seus átomos de cobre permanecem, do ponto de vista electrónico, próximos do metal. No BESSY II, uma equipa liderada pelo Professor Alexander Föhlisch mediu o óxido superficial «29» e encontrou um estado de oxidação de cerca de 0,3 para os seus átomos de cobre — um resultado muito mais próximo do cobre metálico do que dos óxidos de cobre convencionais.

O cobre desenvolve gradualmente uma camada de óxido quando é exposto ao oxigénio, acabando por produzir a pátina verde visível nos telhados antigos de cobre. Antes de se formar o Cu₂O, a superfície pode desenvolver estruturas de cobre e oxigénio mais complexas. O problema não era a presença de oxigénio, mas o estado do cobre: a espectroscopia convencional tinha dificuldade em determinar até que ponto aqueles átomos estavam oxidados. A equipa de Föhlisch utilizou espectroscopia de coincidência de fotoelectrões Auger, ou APECS, para medir directamente os estados químicos.

Esta distinção é importante para a catálise. O cobre é estudado para a redução de dióxido de carbono, a síntese e a oxidação do metanol, mas os locais activos mais importantes poderão situar-se entre duas categorias conhecidas: o cobre puro e compostos totalmente oxidados, como o CuO e o Cu₂O. As superfícies parcialmente oxidadas podem ter propriedades electrónicas diferentes, alterando a forma como as moléculas interagem com elas. A nova medição poderá ajudar os investigadores a conceber catalisadores de cobre com actividade e selectividade mais controladas, em vez de tratarem todas as superfícies como simplesmente metálicas ou oxidadas.

O mesmo nível de detalhe é relevante para a investigação da corrosão. O cobre está a ser considerado para contentores que isolariam combustível nuclear usado em alguns sistemas propostos de eliminação geológica, em parte devido à sua resistência à corrosão. As camadas de óxido protectoras que se formam no metal são, por isso, fundamentais para compreender como esses contentores se poderão comportar ao longo de períodos prolongados. Mapear a fase inicial da oxidação poderá melhorar os modelos utilizados para avaliar esse comportamento.

Em termos práticos, os investigadores de catalisadores passam a dispor de um estado químico mais preciso a considerar na concepção das superfícies, enquanto os investigadores da corrosão obtêm um ponto de partida mais rigoroso para prever a evolução do cobre. O resultado continua a ser uma medição laboratorial, publicada no Journal of the American Chemical Society: o estudo descreve potenciais aplicações, não uma demonstração de catalisador nem um teste de contentor a longo prazo.