I catalizzatori sono agenti che avviano reazioni chimiche, velocizzarli o aumentare notevolmente la resa del prodotto desiderato. Catalizzatori nuovi e migliorati sono quindi considerati la chiave per creare processi di produzione più sostenibili ed efficienti nell'industria chimica. In un progetto di ricerca congiunto, cinque professori della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) e i loro team hanno recentemente scoperto come aggirare i noti inconvenienti dei catalizzatori tecnici attualmente in uso mediante un nuovo concetto di materiale che rende la creazione di catalizzatori possibili.
Questa nuova generazione di catalizzatori impiega gocce liquide di lega metallica attaccate a supporti porosi che vengono messe a contatto con i reagenti gassosi. Le microscopiche gocce di lega sono fluide perché contengono un'alta percentuale di gallio, un elemento con un punto di fusione molto basso. Allo stesso tempo, questa elevata concentrazione di gallio garantisce la completa dispersione degli atomi dei componenti metallici secondari disciolti:i singoli atomi metallici in soluzione all'interno del gallio sono responsabili dell'effetto catalitico. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla principale rivista specializzata Chimica della natura .
Catalizzatori liquidi supportati
Nell'ultimo decennio, i ricercatori della FAU sono stati più volte in grado di dimostrare la loro preminenza internazionale nel campo delle innovazioni dei materiali catalitici. Catalytic Materials è quindi un'area di ricerca chiave all'interno del Cluster of Excellence Engineering of Advanced Materials (EAM) della FAU. I catalizzatori liquidi supportati sono stati spesso il punto focale dell'interesse per i ricercatori della FAU. Questi combinano i vantaggi degli acceleratori di reazione molecolare personalizzati con il vantaggio che possono essere separati più facilmente dal prodotto. Nel concetto delineato nell'articolo pubblicato in Chimica della natura , viene descritto per la prima volta l'uso di leghe metalliche in catalizzatori liquidi supportati. Inoltre, è anche la prima volta che l'attività catalitica è stata attribuita a leghe metalliche liquide.
Inoltre, è stato riscontrato che le combinazioni di materiali inizialmente testate superano in modo significativo le prestazioni dei catalizzatori tecnici standard che hanno richiesto anni di sviluppo. "È particolarmente interessante che vi sia poca o nessuna disattivazione dei complessi metallici supportati quando si formano depositi di carbonio su di essi, ', afferma il professor Peter Wasserscheid. "Sono depositi come questo la causa principale della disattivazione dei catalizzatori utilizzati per la conversione catalitica ad alte temperature dall'industria petrolchimica". I ricercatori sono stati in grado di dimostrare questo importante effetto nel caso della disidratazione del butano. La speciale natura strutturale di questa nuova classe di materiali è stata scoperta da quattro gruppi che lavorano in collaborazione:l'analisi microscopica è stata intrapresa dal team guidato da Wolfgang Peuker, le squadre di Hans-Peter Steinrück e Christian Papp hanno completato l'analisi spettrografica, Il team di Rainer Hock era responsabile dell'analisi radiografica mentre i calcoli corrispondenti sono stati effettuati da Andreas Görling e dai suoi colleghi.
Gallio:il segreto del successo
L'elemento gallio gioca un ruolo centrale in questa nuova classe di materiali. Il gallio fonde a circa 30°C e ha un punto di ebollizione di 2400°C. Possiede la capacità unica di poter dissolvere quasi tutti gli altri metalli. Quando è esposto all'aria, strati ultrasottili di ossido si formano sulla superficie del gallio; però, questi vengono riconvertiti all'elemento originale nelle condizioni ottenute durante molti processi catalitici. Ad oggi, i ricercatori della FAU hanno raggiunto i loro risultati spettacolari utilizzando il palladio disciolto nel gallio. Successivamente intendono condurre ulteriori ricerche per scoprire se questi straordinari effetti possono essere ottenuti anche utilizzando metalli non preziosi disciolti nel gallio e anche se gli effetti possono essere riprodotti in connessione con altre reazioni chimiche. "I nostri calcoli ci portano a supporre che i singoli atomi di metallo disciolti nel gallio possano mostrare caratteristiche reattive completamente diverse da quelle che di solito esibisce lo stesso metallo in forma cristallina, ' spiega Andreas Görling. 'Ecco perché siamo così affascinati da questa nuova classe di materiali catalitici. Siamo convinti che con l'aiuto di complessi di leghe supportati, possono essere sviluppati catalizzatori altamente efficienti e molto convenienti che hanno un notevole potenziale per quanto riguarda le applicazioni industriali, ' aggiunge Hans-Peter Steinrück.
