Los principales componentes del petróleo y el gas natural son los hidrocarburos y sus mezclas, indispensables como recursos que sustentan la infraestructura moderna como materia prima para la industria petroquímica. Una técnica usada convencionalmente para crear productos químicos beneficiosos a partir de hidrocarburos es usar una gran cantidad de peróxidos metálicos en solventes orgánicos peligrosos para oxidar compuestos de hidrocarburos.
Utilizar los recursos de forma eficaz y reducir el impacto medioambiental, La oxidación catalítica limpia sin disolventes utilizando el oxígeno del aire ha sido un tema de investigación popular en los últimos años. La investigación de nanopartículas de metales nobles soportadas sobre materiales de carbono porosos u óxidos metálicos es especialmente frecuente, y se consideran catalizadores prometedores. Los elementos vitales que determinan la reactividad de estos catalizadores heterogéneos son la forma, Talla, y composición metálica de las nanopartículas metálicas. Las partículas de menos de 2 nm son importantes para los nuevos catalizadores de alto rendimiento, Dado que la reducción del diámetro de la partícula de catalizador no solo aumenta la relación del área superficial sino que cambia en gran medida el estado de los electrones en la superficie de los metales, a su vez cambiando en gran medida la reactividad. Sin embargo, Encontrar un método para sintetizar estas pequeñas nanopartículas metálicas mientras se controlan tanto el diámetro como la composición es un desafío.
Visión general
El grupo de investigación dirigido por Kimihisa Yamamoto del Instituto de Tecnología de Tokio desarrolló un método para sintetizar nanopartículas de aleación microscópicas utilizando dendrímeros moleculares ramificados desarrollado en el Proyecto Híbrido Atom de Yamamoto en el programa ERATO. Las moléculas llamadas dendrímeros tienen una estructura de ramificación regular con un solo peso molecular definido, aunque se clasifican como macromoléculas. El grupo de investigación implementó muchos sitios de coordinación para formar iones y complejos metálicos. Al usar un dendrímero con dichos sitios de coordinación como plantilla para la nanopartícula, el grupo pudo sintetizar una nanopartícula con un número controlado de átomos.
Más lejos, evaluaron la actividad de esta nanopartícula de aleación como catalizador de oxidación de hidrocarburos bajo presiones ordinarias cuando se usa oxígeno en el aire como agente oxidante. Descubrieron que su actividad era 24 veces mayor que la de los catalizadores disponibles comercialmente para la oxidación de compuestos orgánicos. También encontraron que al agregar una cantidad catalítica de hidroperóxido orgánico, este catalizador promueve la oxidación de hidrocarburos en aldehídos y cetonas bajo temperaturas y presiones ordinarias. Más lejos, comparando los cambios en la actividad debidos a los catalizadores de aleación de diferentes composiciones metálicas y examinando la composición y otras características de los intermedios, cetonas e hidroperóxidos orgánicos, el grupo pudo observar el proceso de promoción de la reacción debido a la aleación del catalizador.
Desarrollo futuro
El conocimiento obtenido de esta investigación podría contribuir a diseñar pautas para nuevos catalizadores de alto rendimiento. El método para sintetizar nanopartículas de aleación desarrollado en esta investigación se puede utilizar de forma general y aplicar a otros metales. Por esta razón, esta podría ser la tecnología que descubre la reactividad de otras nanopartículas microscópicas de aleación. Se requieren más estudios sobre el aumento de la actividad catalítica en la interfaz del cobre y otros metales nobles en las transformaciones oxidantes de otros compuestos orgánicos. no solo la oxidación de hidrocarburos. Se prevé la aplicación de materiales de alto rendimiento de próxima generación en campos tan diversos como la óptica, electrónica, y energía.
