La fabricación de productos químicos para procesos industriales a menudo requiere que los científicos usen un catalizador, una sustancia que acelera una reacción química, reduciendo la cantidad de energía que se necesita para hacer diferentes productos.

Los científicos han considerado durante mucho tiempo el paladio, un metal precioso estrechamente relacionado con el platino, un catalizador estrella debido a su naturaleza altamente activa. Sin embargo, porque el paladio es tan caro, Los científicos han estado buscando formas de sustituir la mayor parte del paladio involucrado en ciertos catalizadores por otro metal.

En un nuevo estudio del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y la Universidad de California en Santa Bárbara, Los científicos han identificado otro actor elemental que ayuda a activar el paladio mientras reduce la cantidad de metal precioso necesario para que ocurran las reacciones.

Al combinar una cantidad menor de paladio con níquel en una formación de nanopartículas de hierro, un equipo de investigación dirigido por el químico de Argonne Max Delferro y su colega Bruce Lipshutz, profesor de química en la Universidad de California-Santa Bárbara, diseñó un sistema económico y eficiente que redujo los grupos nitro-arilo a aminas, un grupo químico importante en la industria química agrícola y farmacéutica.

"Aunque esta vía de reducción es bien conocida y ha habido diferentes métodos para hacer esto en el pasado, Uno de los mayores problemas es que los catalizadores no son lo suficientemente selectivos, ", Dijo Delferro." El paladio es un metal muy selectivo, pero necesitamos usar una pequeña cantidad para mantener tanto su alta selectividad como su alta actividad ".

En su esfuerzo por "estirar el paladio tanto como sea posible, “Delferro y Lipshutz esparcieron el paladio en las nanopartículas de hierro de una manera que maximizó el número de sitios activos donde los átomos de paladio podrían interactuar con los grupos nitro-arilo.

Sin níquel, Estos pequeños racimos de paladio tienden a agruparse, perder área de superficie disponible y, Como consecuencia, sitios activos. El níquel, sin embargo, evita que los preciosos racimos de paladio se unan entre sí, manteniéndolos muy dispersos.

"Puedes pensar en ello como tener imanes en una caja de arena, "Dijo Delferro." Cuando la caja de arena está vacía, si sacudes la caja de arena, los imanes tenderán a juntarse todos. Pero si hay arena en la caja de arena, los imanes permanecerán atascados y no podrán moverse entre sí ".

Para observar realmente el arreglo, Delferro y su equipo utilizaron la fuente de fotones avanzada de Argonne, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. En su experimento, los investigadores de Argonne monitorearon el catalizador en las condiciones de reacción reales y observaron la formación de grumos de paladio en la versión del catalizador que no contenía níquel.

En versiones del catalizador que contenían níquel, estas interacciones agrupadas no ocurrieron, y el paladio quedó disperso.

Los resultados del estudio se derivan de una colaboración entre Novartis, que inició el proyecto; la Universidad de California-Santa Bárbara, la institución que sintetizó el catalizador; y Argonne, que lo caracterizó en la APS. Estos resultados se informan en un artículo publicado el 8 de diciembre en Química verde , titulado "Efectos sinérgicos en nanopartículas de Fe dopadas con niveles de ppm de (Pd + Ni). Un nuevo catalizador para la reducción sostenible del grupo nitro".