Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) han demostrado que los átomos de platino individuales atrapados en cristales de C12A7 actúan como un catalizador estable y eficaz para la hidrogenación de nitroarenos, un proceso esencial en la producción de muchos tipos de productos químicos finos. Su enfoque podría convertirse en una ruta versátil para desarrollar otros catalizadores de un solo átomo para una amplia variedad de aplicaciones industriales.

Los catalizadores de un solo átomo (SAC) están en camino de convertirse en catalizadores de ensueño, unos que exhiben un rendimiento excelente basado en el uso optimizado de átomos metálicos. Muchos equipos de investigación de todo el mundo han estado trabajando para avanzar en el desarrollo escalable de SAC desde que fueron propuestos por primera vez por Tao Zhang y sus colegas en China y EE. UU. En 2011.

Ahora, en un estudio de prueba de concepto que abre la puerta de par en par al desarrollo de una nueva gama de SAC, Los investigadores de Tokyo Tech han diseñado y probado un catalizador compuesto por átomos de platino individuales atrapados en C12A7, un cristal nanoporoso ampliamente utilizado en la producción de cemento aluminoso.

La estructura interna de los cristales C12A7 es "del tamaño adecuado" para atrapar átomos de un solo metal, los investigadores dicen en su artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza .

"Nuestro enfoque es como una estrategia de 'diamante en anillo', donde la cavidad superficial de C12A7 puede considerarse como un anillo, y el único átomo de platino se fija en el anillo como un diamante, "dice el primer autor Tian-Nan Ye en el Centro de Investigación de Materiales para la Estrategia de Elementos de Tokyo Tech.

Ye explica que C12A7 tiene una estructura de marco cargada positivamente compuesta por doce jaulas de tamaño subnanométrico, cada uno con un diámetro interior de alrededor de 0,4 nanómetros, un tamaño adecuado para capturar átomos metálicos individuales. Cada jaula tiene una carga positiva de +1/3, y las cavidades de la superficie tienen una "boca" abierta que puede atrapar átomos metálicos individuales a través de la interacción electrónica.

Se ha demostrado que el catalizador es muy estable y activo frente a la hidrogenación selectiva de nitroarenos, un proceso importante que se utiliza a menudo en las industrias de tintes y polímeros. Tiene una mayor frecuencia de rotación (hasta 25, 772 por hora) que el de los catalizadores a base de platino no soportados por C12A7. Notablemente, el nuevo catalizador funciona incluso a temperaturas de hasta 600 ° C.

Sobre la base de estos resultados prometedores, los investigadores investigaron si el efecto de atrapamiento podría funcionar con otros metales. Como predijeron, C12A7 también fue capaz de capturar átomos individuales de rutenio y rodio, indicando que su estrategia sería aplicable a varios metales de transición.

"Nuestros hallazgos abren innumerables puertas para desarrollar nuevos tipos de SAC para diferentes procesos catalíticos, "dice Ye. Debido a su estabilidad térmica excepcionalmente alta, el soporte C12A7 podría soportar condiciones más duras involucradas en otros procesos de importancia industrial como la síntesis de amoníaco y CO ₂ reducción.

Ye señala que el desarrollo de SAC no puede separarse de la exploración de nuevos materiales. Esta es una razón clave por la que el grupo del profesor Hideo Hosono en Tokyo Tech está en una posición única para ser pionero en la investigación de SAC. él dice, sobre la base de una serie de logros, incluido el desarrollo de nuevos semiconductores, un superconductor a base de hierro, y el primer electruro estable a temperatura ambiente.