La riduzione elettrochimica di un gruppo di composti organici sul platino è fortemente dipendente dalla disposizione degli atomi sulla superficie del platino. Christoph Bondue, postdoc nel gruppo di Marc Koper, pubblicato questo in Catalisi della natura il 4 marzo. La riduzione di tali composti è un processo importante per rendere più sostenibili le materie prime chimiche.

Di gran lunga la maggior parte delle materie prime nell'industria chimica è basata su fonti fossili, rendendoli intrinsecamente insostenibili. Un'alternativa più sostenibile sarebbe passare a materie prime legate alla biomassa, per esempio nella sintesi delle materie plastiche. Rispetto agli idrocarburi fossili, la biomassa contiene molti più legami C=O:un atomo di carbonio e ossigeno con un doppio legame. Un tale composto con un legame C=O è anche chiamato chetone. Prima che questa biomassa possa essere utilizzata nei processi chimici esistenti, i legami C=O devono essere ridotti.

"Se è possibile effettuare questa riduzione utilizzando elettricità prodotta in modo sostenibile, in altre parole con l'elettrochimica, sarebbe grandioso, "dice Marc Capodistria, Professore di Catalisi e Chimica di Superficie. "Questo è ciò su cui ci siamo concentrati in questo studio". La ricerca fa parte di un progetto NWO nell'ambito di "New Chemical Innovations, " co-finanziato da Shell e Akzo Nobel.

Per questa ricerca, Bondue e Koper hanno collaborato con Federico Calle-Vallejo dell'Università di Barcellona. Calle-Vallejo ha supportato il lavoro sperimentale con calcoli al computer. I ricercatori hanno esaminato il composto chetonico più semplice, il solvente acetone, meglio conosciuto dalla maggior parte delle persone come solvente per unghie. Hanno esaminato la possibilità di ridurre il legame C=O usando l'elettrochimica, con il platino come elettrocatalizzatore. La struttura atomica della superficie del platino ha influenzato non solo l'efficacia della reazione, ma anche il risultato.

Ad esempio, non succede assolutamente nulla su una superficie di platino in cui gli atomi sono più strettamente imballati, nella struttura a nido d'ape. Su una superficie in cui gli atomi di platino sono disposti come una scacchiera, si forma un prodotto che non vuole più lasciare la superficie:tale superficie platino si inattiva. L'effettiva riduzione del legame C=O avviene solo in presenza di cosiddetti difetti nella struttura superficiale. Queste sono interruzioni nella normale struttura a nido d'ape o a scacchiera.

La catalisi avviene in modo tale che il prodotto della riduzione dipenda da come esattamente gli atomi di platino sono disposti nel difetto. Per descrivere questo in modo più dettagliato, il chimico usa il numero di coordinazione. Questo indica a quanti altri atomi è connesso un atomo di platino. Koper e i suoi colleghi hanno scoperto che un difetto con un numero di coordinazione elevato produce 2-propanolo, un alcol. Su un difetto con un numero di coordinazione inferiore, i ricercatori hanno misurato il propano, una molecola in cui l'atomo di ossigeno originariamente contenuto nell'acetone ha reagito completamente.

"È stato riportato regolarmente che la reattività è molto sensibile alla struttura della superficie del platino, " dice Koper. "Si veda ad esempio la recente ricerca di Ludo Juurlink, che utilizzava una superficie curva in platino. Ma l'osservazione che la selettività, o il prodotto che fai, è così sensibile alla struttura locale è piuttosto unica."

"Con questa intuizione, possiamo sviluppare in modo più efficiente catalizzatori per la conversione di molecole legate alla biomassa in prodotti finali desiderati, " dice Koper. "I nostri recenti esperimenti mostrano che i chetoni più complessi dell'acetone mostrano lo stesso comportamento, come la riduzione dell'acetofenone, una fragranza aromatica." Questa è l'indicazione che la ricerca di Capodistria e dei suoi collaboratori può essere estrapolata alla riduzione della biomassa.