Un equipo de investigación dirigido por Wang Guozhong de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China encapsuló níquel metálico en un compuesto de sílice y carbono dopado con nitrógeno (SiO2 @Ni@NC) como catalizador, que mostró un buen desempeño en la hidrogenación de vainillina en medios acuosos.
Descubrieron que puede lograr una conversión de vainillina del 99,8 % y una selectividad del 100 % del 4-hidroximetil-2-metoxifenol (HMP) a temperatura ambiente. Los resultados fueron publicados en Advanced Science .
El agua es un disolvente de fácil acceso y respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, las reacciones catalíticas que involucran agua están severamente limitadas por las dificultades para estabilizar las especies metálicas activas. Los estudios han demostrado que las estrategias de encapsulación pueden reducir eficazmente la pérdida de especies activas.
La capa de carbono dopada con nitrógeno (NC) derivada de la resina de resorcinol-formaldehído puede mejorar la afinidad entre el catalizador y las moléculas de gas o reactivos orgánicos a través de sus propiedades hidrofóbicas inherentes, mejorando efectivamente la actividad catalítica y la estabilidad.
En este estudio, los investigadores prepararon un catalizador de níquel envuelto en una mezcla de carbono dopado con nitrógeno y sílice llamada SiO2. @Ni@NC. Lo usaron para convertir la vainillina en otra sustancia química llamada 4-hidroximetil-2-metoxifenol (HMP) usando agua como solvente. Este catalizador empaquetado funcionó muy bien. Convirtió casi toda la vainillina en HMP a temperatura ambiente y pudo reutilizarse cinco veces.
El rendimiento catalítico eficiente provino del efecto sinérgico de los metales activos, la capa de carbono dopada con nitrógeno y la sílice. La sílice ayudó a distribuir el catalizador uniformemente en el agua, mientras que la capa de carbono protegió los metales y promovió la reacción. Las pruebas demostraron que la capa de carbono también ayudó a reunir los químicos necesarios para la reacción.
Los cálculos de la teoría funcional de la densidad confirmaron el papel de la capa de carbono dopada con nitrógeno en la disociación espontánea del H2 y dilucidó el mecanismo catalítico para la hidrogenación en fase acuosa de la vainillina.
Según el equipo, las estrategias de encapsulación de la capa de carbono en este trabajo proporcionan una referencia para la construcción de catalizadores de hidrogenación acuosa eficientes y estables a temperatura ambiente.
Más información: Zidan Zou et al, Hacia una hidrogenación de alto rendimiento a temperatura ambiente mediante la adaptación de catalizadores de níquel estables en solución acuosa, Ciencia avanzada (2024). DOI:10.1002/adv.202309303
Información de la revista: Ciencia avanzada
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
