Científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Han descubierto un catalizador a base de carbono libre de metales que tiene el potencial de ser mucho menos costoso y más eficiente para muchas empresas industriales. incluida la fabricación de biocombustibles y combustibles fósiles, electrocatálisis, y pilas de combustible.

En su forma más fundamental, Estos procesos industriales implican la división de fuertes enlaces químicos, como hidrógeno-hidrógeno, carbono-oxígeno, y enlaces carbono-hidrógeno. Tradicionalmente, esto se ha logrado con catalizadores que utilizan metales de transición o preciosos, muchos de ellos caros y de escasa abundancia natural, como el platino y el paladio.

Los científicos realizaron experimentos con un tipo de catalizador heterogéneo, Carbonos de ensamblaje de nitrógeno (NAC), en el que el diseño y la colocación del nitrógeno en la superficie del carbono influyó en gran medida en la actividad catalítica del material. Anteriormente se creía que estos átomos de N en las superficies de carbono estaban distantes entre sí, ya que la ubicación cercana de los átomos de N es termodinámicamente inestable.

El equipo de Ames Lab correlacionó los precursores de N y la temperatura de pirólisis para la síntesis de NAC con la distribución de N y descubrió que los ensamblajes de N metaestables se pueden hacer por diseño y generar reacciones catalíticas inesperadas. Tales reacciones incluyen hidrogenólisis de éteres de arilo, deshidrogenación de etilbenceno y tetrahidroquinolina, e hidrogenación de funcionalidades insaturadas comunes (como cetona, alqueno, alquino, y grupos nitro). Es más, Los catalizadores NAC son robustos con selectividad y actividad constantes para reacciones en fase líquida y gaseosa a alta temperatura y / o presión.

"Descubrimos que realmente importaba cómo se distribuía el nitrógeno en la superficie de estos NAC, y en el proceso se dio cuenta de que se trataba de un tipo de actividad química completamente nueva, ", dijo Long Qi, científico asociado del laboratorio Ames.

"El descubrimiento debería permitir a los científicos diseñar conjuntos de nitrógeno que sean capaces de lograr transformaciones químicas más sofisticadas y desafiantes sin la necesidad de metales de transición", dijo Wenyu Huang, científico del Laboratorio Ames. "Se aplica ampliamente a muchos tipos diferentes de conversiones e industrias químicas".