La produzione di 1-butene tramite etilene dimerizzazione è uno dei pochi processi industriali che impiega catalisi omogenea a causa della sua elevata selettività, nonostante le enormi quantità di attivatori e solventi richiesti. Ora, un nuovo documento dell'Università dei Paesi Baschi (UPV/EHU), in collaborazione con il gruppo López presso l'Istituto di Ricerca Chimica della Catalogna (ICIQ) e RTI International, mostra un'alternativa più sostenibile tramite quadri metallo-organici (MOF), una famiglia di materiali porosi formati da nodi metallici collegati tramite ligandi organici.

Gli scienziati dimostrano che i MOF su misura in regimi di condensazione catalizzano la dimerizzazione dell'etilene in 1-butene con elevata selettività e stabilità in assenza di attivatori e solvente. La ricerca, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , apre nuove strade per sviluppare catalizzatori eterogenei robusti per un'ampia varietà di reazioni in fase gassosa.

I ricercatori hanno progettato difetti nel MOF (Ru) HKUST-1 senza compromettere la struttura della struttura tramite due strategie:un approccio convenzionale allo scambio di ligandi durante la sintesi MOF, e un approccio termico post-sintetico pionieristico. I ricercatori hanno quindi caratterizzato i difetti, che hanno dimostrato di essere cataliticamente attivi per la dimerizzazione dell'etilene.

Grazie alle risorse computazionali del Barcelona Supercomputing Center (BSC), i ricercatori sono stati in grado di simulare sistemi MOF realistici per caratterizzare i difetti e calcolare il meccanismo di reazione. Hanno scoperto che i centri metallici insaturi indotti da difetti guidano l'attività, mentre la natura bimetallica del nodo controlla la selettività. Dopo aver testato le prestazioni catalitiche del sistema, hanno poi migliorato la riciclabilità e la robustezza del catalizzatore attraverso una condizione cruciale:la condensazione intraporo.

La produzione di 1-butene tramite dimerizzazione dell'etilene avviene in fase gassosa. Quando la reazione avviene a bassa pressione del reagente, alcuni siti catalitici vengono disattivati ​​a causa del coordinamento degli oligomeri. Ma all'aumentare della pressione, le molecole reagenti possono condensare all'interno dei pori del materiale. Tale effetto di concentrazione evita la disattivazione migliorando così la stabilità del catalizzatore.

I prossimi passi del progetto comporteranno l'uso di catalizzatori MOF basati su metalli di transizione di prima fila, nonché l'applicazione della nuova strategia di condensazione intraporo ad altre reazioni in fase gassosa.