Los catalizadores son agentes que inician reacciones químicas, acelerarlos o aumentar significativamente el rendimiento del producto deseado. Por tanto, los catalizadores nuevos y mejorados se consideran la clave para crear procesos de producción más sostenibles y eficientes en la industria química. En un proyecto de investigación conjunto, cinco profesores de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) y sus equipos han descubierto recientemente cómo sortear los inconvenientes conocidos de los catalizadores técnicos que se utilizan actualmente mediante un nuevo concepto de material que hace que la creación de catalizadores posibles.
Esta nueva generación de catalizadores emplea gotas líquidas de aleación de metal unidas a portadores porosos que se ponen en contacto con los reactivos gaseosos. Las gotas microscópicamente pequeñas de aleación son fluidas porque contienen una alta proporción de galio, un elemento con un punto de fusión muy bajo. Al mismo tiempo, esta alta concentración de galio asegura que los átomos de los componentes metálicos secundarios disueltos estén completamente dispersos:los átomos metálicos individuales en solución dentro del galio son responsables del efecto catalítico. Los investigadores han publicado sus hallazgos en la principal revista especializada Química de la naturaleza .
Catalizadores líquidos compatibles
En la última década, Los investigadores de FAU han podido demostrar repetidamente su preeminencia internacional en el campo de las innovaciones de materiales catalizadores. En consecuencia, Catalytic Materials es un área de investigación clave dentro del Cluster of Excellence Engineering of Advanced Materials (EAM) en FAU. Los catalizadores líquidos compatibles han sido a menudo el punto focal de interés para los investigadores de la FAU. Estos combinan los beneficios de los aceleradores de reacciones moleculares personalizados con la ventaja de que pueden separarse más fácilmente del producto. En el concepto esbozado en el artículo publicado en Química de la naturaleza , se describe por primera vez el uso de aleaciones metálicas en catalizadores líquidos soportados. Además, También es la primera vez que se atribuye actividad catalítica a las aleaciones metálicas líquidas.
Es más, Se ha descubierto que las combinaciones de materiales inicialmente probadas superan significativamente a los catalizadores técnicos estándar que han tardado años en desarrollarse. 'Es particularmente interesante que hay poca o ninguna desactivación de los complejos metálicos soportados cuando se forman depósitos de carbono en ellos, 'dice el profesor Peter Wasserscheid. "Son depósitos como este los que son la principal causa de la desactivación de los catalizadores utilizados para la conversión catalítica a altas temperaturas por la industria petroquímica". Los investigadores pudieron demostrar este importante efecto en el caso de la deshidratación del butano. La naturaleza estructural especial de esta nueva clase de materiales fue descubierta por cuatro grupos que trabajaban en colaboración:el análisis microscópico fue realizado por el equipo dirigido por Wolfgang Peuker, los equipos de Hans-Peter Steinrück y Christian Papp completaron el análisis espectrográfico, El equipo de Rainer Hock fue responsable del análisis radiográfico, mientras que Andreas Görling y sus colegas realizaron los cálculos correspondientes.
Galio:el secreto del éxito
El elemento galio juega un papel central en esta nueva clase de materiales. El galio se funde a unos 30 ° C y tiene un punto de ebullición de 2400 ° C. Posee la capacidad única de poder disolver casi todos los demás metales. Cuando se expone al aire, se forman capas ultrafinas de óxido en la superficie del galio; sin embargo, estos se reconvierten al elemento original en las condiciones obtenidas durante muchos procesos catalíticos. Hasta la fecha, los investigadores de la FAU han obtenido resultados espectaculares utilizando paladio disuelto en galio. A continuación, tienen la intención de realizar más investigaciones para averiguar si estos efectos extraordinarios también se pueden obtener utilizando metales no preciosos disueltos en galio y también si los efectos pueden reproducirse en relación con otras reacciones químicas. `` Nuestros cálculos nos llevan a suponer que los átomos de un solo metal disueltos en galio pueden mostrar características reactivas totalmente diferentes de las que exhibirá el mismo metal en forma cristalina, 'explica Andreas Görling. “Por eso estamos tan fascinados con esta nueva clase de materiales catalíticos. Estamos convencidos de que con la ayuda de complejos de aleación soportados, Se pueden desarrollar catalizadores altamente eficientes y muy rentables que tienen un potencial considerable con respecto a las aplicaciones industriales. ', añade Hans-Peter Steinrück.
