Cada molécula de dendrímero alberga una partícula metálica de tamaño subnano que permite la oxidación de hidrocarburos aromáticos, como el tolueno (izquierda), para producir compuestos orgánicos útiles, como el ácido benzoico (derecha). Las moléculas de oxígeno están representadas en rojo. Crédito: Angewandte Chemie
Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio produjeron partículas metálicas de tamaño subnano que son hasta 50 veces más efectivas que los conocidos nanocatalizadores bimetálicos de Au-Pd.
La oxidación de hidrocarburos aromáticos es de vital importancia para producir una gran variedad de compuestos orgánicos útiles. Estos procesos de oxidación requieren el uso de catalizadores y disolventes, que suelen ser peligrosos para el medio ambiente. Por lo tanto, Encontrar un proceso de oxidación sin disolventes utilizando partículas catalíticas de tamaño nanométrico ha atraído una atención considerable.
Curiosamente, partículas catalíticas sub-nanoescalares (subnanocatalizadores, o SNCs) compuestos de metales nobles son incluso mejores en su trabajo porque su área de superficie aumentada y su estado electrónico único da como resultado efectos favorables para los hidrocarburos oxidantes y también evita que se oxiden ellos mismos. Esto los hace rentables porque la cantidad de metal requerida para los SNC es menor que para los catalizadores de tamaño nanométrico.
Un equipo que incluye al Dr. Miftakhul Huda, Keigo Minamisawa, Dr. Takamasa Tsukamoto, y el Dr. Makoto Tanabe en el Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), dirigido por el Prof. Kimihisa Yamamoto, creó varios tipos de SNC mediante el uso de dendrímeros, que son moléculas esféricas en forma de árbol que se pueden usar como plantilla para contener los catalizadores deseados. "Se espera que los dendrímeros proporcionen nanoespacios internos que podrían ser adecuados para la conversión catalítica en presencia de partículas metálicas, "explica Yamamoto.
Los nanocatalizadores más grandes y los SNC oxofílicos se oxidan en su superficie, lo que los hace menos efectivos como catalizadores de la oxidación de hidrocarburos a lo largo del tiempo. Sin embargo, Los SNC menos oxofílicos los convierten en catalizadores muy eficaces y reutilizables. Crédito: Angewandte Chemie
El equipo creó catalizadores de diferentes tamaños, dependiendo del metal noble utilizado y el número de átomos de cada partícula catalítica. Compararon su desempeño para encontrar el mejor metal noble para fabricar SNC y luego exploraron el mecanismo detrás de su alta actividad catalítica. Se encontró que los SNC más pequeños eran mejores, mientras que los metales menos oxofílicos (como el platino) fueron superiores. El equipo postuló que la superficie de los SNC de platino no se oxida fácilmente, lo que los hace reutilizables. Pt19 SNC mostró un rendimiento catalítico de hasta 50 veces más eficaz que los nanocatalizadores comunes de Au-Pd. El equipo seguirá trabajando para arrojar luz sobre estos fenómenos catalíticos.
"Actualmente se está desarrollando un mecanismo más detallado que incluya consideraciones teóricas, ", dice Tanabe. Las aplicaciones de tales catalizadores podrían contribuir en gran medida a reducir la contaminación y mejorar nuestro uso eficaz de los recursos metálicos de la Tierra.
(a) El platino menos oxófilo fue superior a otros metales nobles en la oxidación aeróbica del tolueno. (b) El Pt19 SNC fue el rendimiento catalítico más alto entre otros Pt SNC entre 12 y 28 átomos. Crédito: Angewandte Chemie
