El análisis utilizando microscopía electrónica de transmisión de barrido de campo oscuro anular de alto ángulo (HAADF-STEM) reveló:(a) parches de rutenio pequeños y planos sobre un dominio grande y (b) el espaciado de celosía correspondiente al de las nanopartículas de rutenio cúbicas centradas en la cara . Crédito:Ciencia Química
Científicos de Japón e India han desarrollado un dispositivo reutilizable Catalizador de alto rendimiento basado en nanopartículas de rutenio de forma plana (Ru-NP) para la producción de sustancias químicas valiosas. Debido a su demostrada durabilidad, el catalizador podría usarse ampliamente en la producción a gran escala de muchos tipos de tintes, detergentes, agroquímicos y farmacéuticos.
Un estudio dirigido por investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) ha demostrado que los cambios a nanoescala en la estructura de la superficie pueden mejorar enormemente el rendimiento de los catalizadores metálicos utilizados en la producción de aminas primarias. una clase importante de compuestos en la industria química.
Los investigadores desarrollaron un catalizador a base de rutenio compuesto por una gran cantidad de facetas atómicamente activas en sus superficies planas.
En comparación con los catalizadores convencionales con soporte metálico, el nuevo catalizador, con su estructura de superficie altamente activa, logró un recambio catalítico abrumadoramente alto.
El estudio implicó comparar qué tan bien diferentes tipos de catalizadores metálicos podían convertir el furfural derivado de biomasa en furfurilamina. Esto sirvió como una reacción modelo para la aminación reductiva, el proceso principal utilizado para producir aminas primarias.
El nuevo catalizador exhibió una frecuencia de rotación de 1850 por hora. Esta cifra representa un aumento de seis veces en la eficiencia sobre un catalizador soportado por metal (RU / NB 2 O 5 ) desarrollado previamente por algunos de los mismos miembros del equipo, incluidos Michikazu Hara y Keigo Kamata en el Instituto de Investigación Innovadora de Tokyo Tech.
"A lo mejor de nuestro conocimiento, el catalizador Ru-NP exhibió la frecuencia de rotación más alta entre los catalizadores metálicos reportados hasta la fecha para la aminación reductora de furfural para producir furfurilamina, "escribe el equipo en su estudio publicado en Ciencia química .
Otros experimentos para probar la reutilización del nuevo catalizador para la aminación reductora de furfural no mostraron "una disminución notable en la actividad, incluso después de cuatro reutilizaciones, "dicen los investigadores, destacando la robustez del catalizador.
El secreto detrás del desempeño excepcional del catalizador radica en su estructura y forma distintivas. Generalmente, Ru tiene una estructura hexagonal compacta que limita el rendimiento catalítico. A diferencia de, el nuevo catalizador tiene una alta proporción de los llamados de forma plana, nanopartículas de rutenio cúbicas centradas en la cara prístinas en la superficie, que sirven como sitios activos con una débil capacidad de donación de electrones. Se cree que esta característica es fundamental para permitir una aminación reductora selectiva y eficaz de varios compuestos de carbonilo.
Además de facilitar la producción de aminas derivadas de biomasa, el nuevo catalizador también podría ayudar a satisfacer las demandas de la industria química fina en general.
