L'analisi mediante microscopia elettronica a trasmissione a scansione di campo oscuro anulare ad alto angolo (HAADF-STEM) ha rivelato:(a) cerotti di rutenio piccoli e piatti su un grande dominio e (b) la spaziatura reticolare corrispondente a quella delle nanoparticelle di rutenio cubiche centrate sulla faccia . Credito:Scienze chimiche
Scienziati in Giappone e India hanno sviluppato un riutilizzabile, catalizzatore ad alte prestazioni a base di nanoparticelle di rutenio (Ru-NP) di forma piatta per la produzione di sostanze chimiche di valore. Grazie alla sua durata dimostrata, il catalizzatore potrebbe essere ampiamente utilizzato nella produzione su larga scala di molti tipi di coloranti, detersivi, agrochimici e farmaceutici.
Uno studio condotto dai ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) ha dimostrato che i cambiamenti su scala nanometrica nella struttura superficiale possono migliorare notevolmente le prestazioni dei catalizzatori metallici utilizzati nella produzione di ammine primarie, un'importante classe di composti nell'industria chimica.
I ricercatori hanno sviluppato un catalizzatore a base di rutenio composto da un gran numero di sfaccettature atomicamente attive sulle loro superfici piatte.
Rispetto ai catalizzatori tradizionali supportati da metallo, il nuovo catalizzatore, con la sua struttura superficiale altamente attiva, raggiunto un fatturato catalitico straordinariamente elevato.
Lo studio ha comportato il confronto di quanto bene i diversi tipi di catalizzatori metallici potrebbero convertire il furfurale derivato dalla biomassa in furfurilammina. Questo è servito come reazione modello per l'amminazione riduttiva, il processo principale utilizzato per produrre ammine primarie.
Il nuovo catalizzatore ha mostrato una frequenza di rotazione di 1850 all'ora. Questa cifra rappresenta un aumento di sei volte dell'efficienza rispetto a un catalizzatore supportato da metallo (RU/NB 2 oh 5 ) sviluppato in precedenza da alcuni degli stessi membri del team, tra cui Michikazu Hara e Keigo Kamata all'Institute of Innovative Research di Tokyo Tech.
"Al meglio delle nostre conoscenze, il catalizzatore Ru-NP ha mostrato la più alta frequenza di turnover tra i catalizzatori metallici riportati fino ad oggi per l'amminazione riduttiva del furfurale per produrre furfurilammina, " scrive il team nel loro studio pubblicato su Scienze chimiche .
Ulteriori esperimenti per testare la riutilizzabilità del nuovo catalizzatore per l'amminazione riduttiva del furfurolo hanno mostrato "nessuna diminuzione evidente dell'attività, anche dopo quattro riutilizzi, "dicono i ricercatori evidenziando la robustezza del catalizzatore.
Il segreto delle eccezionali prestazioni del catalizzatore risiede nella sua struttura e forma distintive. Generalmente, Ru ha una struttura esagonale compatta che limita le prestazioni catalitiche. In contrasto, il nuovo catalizzatore ha un'alta percentuale di cosiddetta forma piatta, nanoparticelle di rutenio cubiche centrate sulla faccia incontaminate sulla superficie, che fungono da siti attivi con debole capacità di donazione di elettroni. È questa caratteristica che si ritiene sia fondamentale per consentire un'amminazione riduttiva efficiente e selettiva di vari composti carbonilici.
Oltre a facilitare la produzione di ammine derivate dalla biomassa, il nuovo catalizzatore potrebbe anche aiutare a soddisfare le esigenze della più ampia industria della chimica fine.
