Rilascio controllato di composti isotopici di idrogeno dalla deidrogenazione dell'acido formico in D 2 O dalla lega PdAg supportate da nanoparticelle su silice funzionalizzata con ammina. Credito:Università di Osaka
L'idrogeno si trova in natura come H 2 molecole; tuttavia, quando vengono introdotti isotopi di deuterio, il cosiddetto "idrogeno pesante", il risultato può essere idruro di deuterio (HD) o gas di deuterio (D 2 ). Questi composti sono utili materiali di partenza nella produzione di chimica fine; però, l'abbondanza naturale di questi gas è bassa e le tecniche utilizzate per produrre D 2 sono costosi e ad alta intensità energetica. I ricercatori dell'Università di Osaka hanno ora sviluppato un catalizzatore che promuove la produzione selettiva di D 2 e HD dal materiale di partenza poco costoso acido formico in presenza di D 2 O. I loro risultati sono pubblicati in Comunicazioni sulla natura .
L'acido formico (FA) ha una bassa tossicità, alto contenuto di idrogeno, ed è anche a basso costo e non infiammabile, rendendolo un attraente materiale di stoccaggio dell'idrogeno. Uno sforzo significativo è stato quindi dedicato all'ottimizzazione dell'uso dell'AF come fonte di idrogeno. Però, reazioni precedentemente riportate per produrre gas deuterio da FA hanno richiesto la costosa forma di deuterio di FA come materiale di partenza e materiali ad alta tossicità. Inoltre, l'uso di processi omogenei, dove il catalizzatore e i reagenti sono la stessa fase, ha reso impegnativo e costoso il recupero dei catalizzatori su larga scala.
I ricercatori riportano un processo catalizzato in modo eterogeneo, in cui il catalizzatore è una fase diversa dai reagenti, utilizzando un nanocatalizzatore in lega a base di palladio (PdAg). Il catalizzatore è supportato su un substrato di silice modificato con gruppi amminici che promuovono la reazione. I gruppi amminici sono risultati centrali per la vitalità della reazione ed è stata dimostrata una correlazione tra la basicità dei gruppi amminici utilizzati e la selettività della reazione.
"I processi catalizzati in modo eterogeneo sono vantaggiosi in quanto riducono la necessità di separazioni impegnative, " L'autore principale dello studio Kohsuke Mori spiega. "Ulteriori vantaggi del nostro processo sono il materiale di partenza economico dell'acido formico e il controllo sul gas prodotto che abbiamo dimostrato regolando i gruppi amminici sulla superficie del catalizzatore. Abbiamo anche dimostrato che la reazione di scambio H/D che porta alla formazione dei gas dell'isotopo dell'idrogeno comporta un effetto tunnel quantistico".
Le molecole che contengono deuterio al posto dell'idrogeno sono strumenti di ricerca estremamente utili in chimica e nelle scienze della vita grazie alle loro proprietà distinte dei nuclei di deuterio rispetto agli equivalenti di idrogeno.
"La domanda di prodotti deuterati continua ad aumentare man mano che le loro applicazioni vengono sviluppate e si diffondono; pertanto, è importante rendere più accessibile la produzione di precursori, ", spiega l'autore corrispondente dello studio Hiromi Yamashita. "Il Giappone in particolare fa molto affidamento su materiali importati, quindi speriamo che il nostro catalizzatore porterà a sistemi praticabili a basso costo che saranno in grado di soddisfare la crescente domanda globale".
L'articolo, "Rilascio controllato di composti di isotopi di idrogeno ed effetto tunnel nella deidrogenazione dell'acido formico catalizzata in modo eterogeneo, " è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura .
