Hidrogenación de alquinos en nanopartículas de platino con revestimiento de amina (superior, rojo) y superficies desnudas (inferior, gris) produce alqueno y alcano, respectivamente.
El papel de la modificación de la superficie de los catalizadores de nanopartículas en las reacciones de hidrogenación de alquinos fue investigado sistemáticamente por el Grupo de Interfaces NanoBio del Centro de Materiales a Nanoescala que trabaja con investigadores de las divisiones de Ciencias Químicas e Ingeniería de Argonne y Ciencia de Rayos X. El equipo explica el efecto de los ligandos de superficie sobre la selectividad y la actividad de las nanopartículas de platino y Co / Pt utilizando enfoques experimentales y computacionales.
Un equilibrio sintonizable entre la energía de adsorción de alquenos en la superficie de nanopartículas desnudas y tapadas define la selectividad del nanocatalizador para el alqueno en la reacción de hidrogenación de alquinos. Adición de alquilaminas primarias al platino y CoPt 3 Los catalizadores de nanopartículas pueden aumentar drásticamente la selectividad por el alqueno de 0 a más del 90% con aproximadamente un 99,9% de conversión. El aumento de la cobertura de alquilamina primaria en la superficie de la nanopartícula conduce a una disminución en la energía de unión de los octenos y una eventual competencia entre el octeno y las alquilaminas primarias por los sitios de adsorción. Con una cobertura suficientemente alta con alquilamina primaria, dominan las alquilaminas, lo que evita una mayor hidrogenación de alquenos en alcanos. Las aminas primarias con diferentes longitudes de cadenas de carbono tienen energías de adsorción similares en la superficie de los catalizadores y, como consecuencia, el mismo efecto sobre la selectividad. Cuando la energía de adsorción de los ligandos de remate en la superficie catalítica es menor que la energía de adsorción de los alquenos, los ligandos no afectan la selectividad de la hidrogenación de alquino a alqueno. Por otra parte, el taponamiento de ligandos con energías de adsorción en la superficie catalítica superiores a la del alquino reduce su actividad, lo que da como resultado una baja conversión de alquinos.
La importancia de este trabajo es que los catalizadores con selectividad mejorada pueden reducir profundamente la cantidad de desechos químicos generados. Una comprensión clara del papel de los ligandos de protección en nanopartículas sintetizadas químicamente mientras se someten a reacciones catalíticas ha estado lejos de ser completa hasta ahora. Esta investigación sistemática revela el papel de la modificación de la superficie del nanocatalizador en la hidrogenación de alquinos.
