Scienziati dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), in collaborazione con il Laboratorio Ames del DOE, hanno riportato un meccanismo di reazione importante e inaspettato, chiamato "comportamento redox", sulla superficie dei materiali di supporto del catalizzatore che trovano applicazione nell'industria chimica.

La maggior parte dei catalizzatori industriali è ancorata a supporti di ossido metallico come silice, allumina o zirconia. Recentemente, gli ossidi metallici solfatati sono emersi come un promettente materiale di supporto per complessi catalitici metallici ("organometallici") contenenti carbonio. Sono anche promettenti materiali catalitici di per sé, con applicazione ai processi chimici nell'industria petrolchimica.

Utilizzando una combinazione di calcoli teorici e misurazioni con tecniche analitiche avanzate, il team di ricerca ha studiato le interazioni tra un catalizzatore di iridio organometallico e materiali di supporto composti da allumina solfatata e zirconia solfatata. Queste interazioni hanno avuto luogo durante una reazione catalitica promossa dalle specie organo-iridio con i materiali di supporto.

Grazie a precedenti ricerche, gli scienziati erano a conoscenza di un percorso di catalisi che prevede la donazione di protoni dagli ossidi metallici solfatati. Il team di ricerca ha scoperto un secondo percorso, una reazione redox che comporta l'accettazione di elettroni dal complesso organometallico sulla superficie dell'ossido di metallo solfato. Hanno anche scoperto che alcuni siti sulla superficie dell'ossido di metallo solfato che erano stati donatori di protoni potrebbero essere trasformati in siti che accettano gli elettroni, modificando così il comportamento chimico del catalizzatore organometallico.

Il chimico delle Argonne Max Delferro, autore dello studio, ha commentato che "in questo meccanismo redox, il nostro materiale prende la sua solita routine chimica e lo capovolge, invece di rinunciare a un protone, guadagna un elettrone."

La comparsa dell'isotopo dell'idrogeno deuterio nel complesso organometallico segnalava il verificarsi di una reazione redox che non era stata precedentemente segnalata. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che sia l'idratazione superficiale che il caricamento di solfati nel materiale di supporto svolgono un ruolo chiave nel processo di ossidoriduzione.

Secondo Delferro, la ricerca fornisce approfondimenti alla comunità della catalisi riguardo al potenziale per meccanismi simili di formare una parte importante delle relazioni catalitiche, compresi quelli in cui le superfici di supporto fungono da catalizzatore di se stesse. "Questa osservazione fornisce una prova di principio che sta avvenendo un'importante serie di reazioni e non dovrebbe essere ignorata, " ha detto il ricercatore post-dottorato di Argonne David Kaphan, un altro autore dello studio.

Lo studio, dal titolo "Evidenza di meccanismi redox nel chemisorbimento organometallico e reattività su ossidi metallici solfatati, " apparso nel numero online del 9 aprile del Giornale della Società Chimica Americana .