El estireno, el químico que se usa para fabricar polímeros y resinas que se usan en plástico, envases desechables, látex, caucho sintético, aislamiento y más, es omnipresente en la vida cotidiana.

Dada su prevalencia e importancia, un método de producción de bajo costo, energéticamente eficiente y ambientalmente sostenible es fundamental. Sin embargo, el método tradicional, y actualmente el más común, de producirlo a través de la deshidrogenación del etilbenceno tiene inconvenientes en estas áreas:requiere un exceso de vapor sobrecalentado o da como resultado una falta de control preciso de la uniformidad de la estructura de los catalizadores.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por Hongyang Liu del Instituto de Investigación de Metales de la Academia China de Ciencias, ha desarrollado un método de deshidrogenación de etilbenceno en condiciones libres de oxígeno con catalizadores de racimo de platino (Pt) completamente expuestos que dan como resultado las características positivas de alta actividad, selectividad y estabilidad, así como menores costes energéticos y financieros. Los resultados se publicarán el 10 de julio en Nano Research .

"Hemos preparado catalizadores de racimo de Pt completamente expuestos mediante la explotación de los defectos de carbono en la superficie del soporte de grafeno y la segregación física del estaño disperso atómicamente (Sn)", dijo Liu, quien también es miembro de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. . "Los grupos de Pt completamente expuestos pueden promover la desorción del estireno del producto objetivo, lo que hace que presente una mayor actividad de deshidrogenación y estabilidad que los catalizadores de nanopartículas de Pt".

Por el contrario, un método anterior común de deshidrogenación de etilbenceno se llevó a cabo sobre catalizadores a base de óxido de hierro, requería altas temperaturas que resultaban en la deposición de carbono y requería un exceso de vapor sobrecalentado. Para superar esto, los investigadores han empleado catalizadores de un solo átomo (SAC) y catalizadores de racimo completamente expuestos (FECCS).

"Los SAC y FECC ofrecen una amplia gama de dispersión atómica y eficiencia de utilización total de los metales, lo que puede proporcionar una actividad mejorada y ha recibido un gran interés", dijo Liu. "Especialmente, los sitios activos de los FECC generalmente contienen diversas combinaciones de múltiples átomos metálicos y son adecuados para catalizar reactivos que necesitan sitios metálicos de conjunto".

Sin embargo, los SAC y FECC tienen sus propias limitaciones, incluido el control impreciso de la uniformidad de la estructura de los FECC y la agregación de átomos metálicos en grupos metálicos o nanopartículas causada por su alta energía superficial e inestabilidad termodinámica cuando se exponen a altas temperaturas.

Mientras que otros investigadores han tenido como objetivo diseñar FECC con alta actividad y alta estabilidad adecuados para reacciones a alta temperatura como la deshidrogenación de etilbenceno, como lo hizo este equipo de investigadores, estudios previos utilizaron óxidos de metales no preciosos o materiales de carbono para catalizadores, que requieren alta energía. y el consumo de agua y dan como resultado una baja actividad. El consumo de energía puede abordarse mediante la oxidación del proceso, pero eso conduce a una baja selectividad y riesgos con mezclas inflamables.

"En nuestra investigación, empleamos catalizadores de racimo de Pt completamente expuestos con soporte de grafeno/nanodiamante decorado con Sn dispersos atómicamente para la deshidrogenación de etilbenceno en condiciones libres de oxígeno, que exhibieron una alta actividad, selectividad y estabilidad en comparación con los catalizadores anteriores, lo que abrió una nueva vía para el diseño estable catalizadores metálicos dispersos atómicamente", dijo Liu. "Obtuvimos un buen desempeño catalítico en la deshidrogenación de alcanos".

Otra parte del atractivo de este método, según los investigadores, es su capacidad para adaptarse a otros tipos de catalizadores.

"Se prepararon catalizadores de rutenio, rodio e iridio mediante el mismo método de preparación, y todos mostraron un buen rendimiento catalítico en la deshidrogenación directa de etilbenceno, lo que indica que el método de diseño de catalizador eficiente propuesto en este documento es universal", dijo Liu. "El método de diseño del catalizador proporciona una nueva idea para diseñar catalizadores eficientes de deshidrogenación de alcanos metálicos dispersos atómicamente".

Los investigadores dicen que continuarán desarrollando métodos de diseño y aplicaciones de catalizadores metálicos dispersos atómicamente en esta investigación, incluidos multimetales, diversas reacciones, aplicaciones prácticas y más. + Explora más

Catalizador Ir/MoC de dispersión atómica de alta carga para la reacción de hidrogenación