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    La conversión de materias primas renovables en platino muestra un comportamiento inesperado

    La acetona (molécula en el medio) reacciona al propanol (izquierda) o al propano (derecha). Los átomos azules de Pt (553) tienen un número de coordinación alto, los átomos rojos de Pt (510) un número de coordinación bajo. Crédito:Universidad de Leiden

    La reducción electroquímica de un grupo de compuestos orgánicos en el platino depende en gran medida de la disposición de los átomos en la superficie del platino. Christoph Bondue, postdoctorado en el grupo de Marc Koper, publicado esto en Catálisis de la naturaleza el 4 de marzo. La reducción de dichos compuestos es un proceso importante para hacer que las materias primas químicas sean más sostenibles.

    Con mucho, la mayoría de las materias primas de la industria química se basan en fuentes fósiles, haciéndolos inherentemente insostenibles. Una alternativa más sostenible sería cambiar a materias primas relacionadas con la biomasa, por ejemplo en la síntesis de plásticos. En comparación con los hidrocarburos fósiles, La biomasa contiene muchos más enlaces C =O:un átomo de carbono y oxígeno con un doble enlace. Un compuesto de este tipo con un enlace C =O también se denomina cetona. Antes de que esta biomasa pueda utilizarse en procesos químicos existentes, los enlaces C =O deben reducirse.

    "Si puede llevar a cabo esta reducción utilizando electricidad generada de forma sostenible, en otras palabras con la electroquímica, eso seria genial, "dice Marc Koper, Catedrático de Catálisis y Química de Superficies. "Eso es en lo que nos hemos centrado en este estudio". La investigación es parte de un proyecto NWO en el contexto de "Nuevas innovaciones químicas, "cofinanciado por Shell y Akzo Nobel.

    Para esta investigación, Bondue y Koper colaboraron con Federico Calle-Vallejo de la Universidad de Barcelona. Calle-Vallejo apoyó el trabajo experimental con cálculos por computadora. Los investigadores observaron el compuesto de cetona más simple, el solvente acetona, mejor conocido por la mayoría de las personas como quitaesmalte. Examinaron la posibilidad de reducir el enlace C =O usando electroquímica, con platino como electrocatalizador. La estructura atómica de la superficie de platino afectó no solo la efectividad de la reacción, sino también el resultado.

    Por ejemplo, nada sucede en una superficie de platino en la que los átomos están más empaquetados, en la estructura de panal. Sobre una superficie en la que los átomos de platino están dispuestos como un tablero de ajedrez, Se forma un producto que ya no quiere salir de la superficie:tal superficie de platino se inactiva. La reducción real de la unión C =O solo tiene lugar si existen los llamados defectos en la estructura de la superficie. Estas son interrupciones en la estructura regular de panal o tablero de ajedrez.

    La catálisis ocurre de tal manera que el producto de la reducción depende de cómo estén dispuestos exactamente los átomos de platino en el defecto. Para describir esto con más detalle, químico use el número de coordinación. Esto indica cuántos otros átomos está conectado un átomo de platino. Koper y sus colegas encontraron que un defecto con un número de coordinación alto produce 2-propanol, un alcohol. En un defecto con un número de coordinación menor, Los investigadores midieron el propano, una molécula en la que el átomo de oxígeno contenido originalmente en la acetona ha reaccionado por completo.

    "Se ha informado con regularidad que la reactividad es muy sensible a la estructura de la superficie de platino, "dice Koper." Véase, por ejemplo, la investigación reciente de Ludo Juurlink, que utilizó una superficie de platino curva. Pero la observación de que la selectividad, o el producto que fabrica, es tan sensible a la estructura local es bastante única ".

    "Con esta información, podemos desarrollar catalizadores de manera más eficiente para la conversión de moléculas relacionadas con la biomasa en productos finales deseados, "dice Koper." Nuestros experimentos recientes muestran que las cetonas más complejas que la acetona exhiben el mismo comportamiento, como la reducción de acetofenona, una fragancia aromática. ”Esta es una indicación de que la investigación de Koper y sus colaboradores se puede extrapolar a la reducción de la biomasa.


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