Gli scienziati dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e i loro colleghi hanno scoperto un modo per districare i misteri di complesse reti di reazione impiegando uno strumento di misurazione in un modo unico.

La catalisi è un processo chimico fondamentale utilizzato in molte industrie manifatturiere:accelera la scomposizione o la combinazione di composti in nuovi composti, per la produzione di cose varie come gli alimenti, medicinali, plastica, e combustibili. Rendere più precisa la catalisi, efficiente e multifunzionale ha il potenziale per ridurre il numero di passaggi nei processi di produzione, ridurre gli sprechi o i sottoprodotti nocivi, e ridurre il consumo di energia.

Per fare questo, Lo scienziato associato all'Ames Laboratory Long Qi ha utilizzato uno strumento di nuova concezione, chiamato spettroscopia di risonanza magnetica nucleare di filatura dell'angolo magico operando (operando MAS-NMR), e lo ha applicato a reazioni catalitiche in tempo reale ad alta pressione. In questo modo, Qi è stato in grado di mappare la complessa attività che si svolge quando un catalizzatore trasforma e riorganizza le molecole.

"Non sono solo una o due o tre molecole. In questo esperimento, abbiamo identificato sei specie intermedie, due prodotti principali, e 10 passaggi di trasformazione, e quel livello di complessità è una caratteristica di queste reti", ha detto Qi. "Le informazioni che abbiamo ottenuto in questo lavoro sono molto utili per ottenere una maggiore produttività da queste complesse reti di reazione".

"Il problema con le indagini tradizionali sulla catalisi è che vediamo cosa inseriamo all'inizio e vediamo cosa otteniamo alla fine, ma quello che sta succedendo nel mezzo è l'anello mancante, " disse Wenyu Huang, uno scienziato nella divisione di scienze chimiche e biologiche del laboratorio di Ames, che svolge attività di ricerca nei settori della catalisi eterogenea utilizzando composti intermetallici (IMC), e strutture metalliche organiche (MOF). "In questo lavoro, dimostriamo che la comprensione di questi passaggi intermedi è la chiave per essere in grado di mettere a punto questi processi per ottenere i prodotti finali desiderati".

Il team ha mappato un sistema catalitico interessante perché i suoi prodotti possono essere utilizzati come componenti chiave di prodotti farmaceutici o nelle tecnologie di stoccaggio dell'idrogeno. Con la conoscenza acquisita dalla mappatura operando MAS-NMR, sono stati in grado di selezionare la produzione di tetraidrochinolina o chinolina dalla reazione aggiungendo un catalizzatore aggiuntivo per agire in una fase critica cineticamente controllata, con l'acqua come unico sottoprodotto.

"L'idea che possiamo cambiare i prodotti per la sintesi on-demand è un nuovo concetto, " ha detto Qi. "L'implicazione per la ricerca è che possiamo evitare lunghe sperimentazioni per tentativi ed errori. Per l'industria, ha il potenziale per ottimizzare la produzione e ridurre i costi."

La ricerca è ulteriormente discussa nel documento, "Decifrazione di una rete di reazione per la produzione commutabile di tetraidrochinolina o chinolina con catalizzatori tandem Pd supportati da MOF, " pubblicato in Catalisi ACS .