Gli scienziati dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno scoperto un catalizzatore a base di carbonio privo di metalli che ha il potenziale per essere molto meno costoso e più efficiente per molte aziende industriali, compresa la produzione di combustibili biologici e fossili, elettrocatalisi, e celle a combustibile.

Nella loro forma più fondamentale, questi processi industriali comportano la scissione di forti legami chimici, come l'idrogeno-idrogeno, carbonio-ossigeno, e legami carbonio-idrogeno. Tradizionalmente questo è stato realizzato con catalizzatori che utilizzano metalli di transizione o preziosi, molti di loro sono costosi e con poca abbondanza naturale, come il platino e il palladio.

Gli scienziati hanno eseguito esperimenti con un tipo di catalizzatore eterogeneo, Carboni di assemblaggio di azoto (NAC), in cui la progettazione e il posizionamento dell'azoto sulla superficie del carbonio hanno fortemente influenzato l'attività catalitica del materiale. In precedenza si riteneva che questi atomi di N sulle superfici di carbonio fossero distanti l'uno dall'altro, poiché la posizione ravvicinata di N atomi è termodinamicamente instabile.

Il team di Ames Lab ha correlato i precursori dell'N e la temperatura di pirolisi per la sintesi dei NAC con la distribuzione dell'N e ha scoperto che gli assemblaggi di N metastabili possono essere realizzati in base alla progettazione e fornire reazioni catalitiche inaspettate. Tali reazioni includono l'idrogenolisi degli eteri arilici, deidrogenazione di etilbenzene e tetraidrochinolina, e idrogenazione delle comuni funzionalità insature (come chetone, alchene, alchino, e nitrogruppi). Inoltre, i catalizzatori NAC sono robusti con selettività e attività coerenti per reazioni in fase liquida e gassosa ad alta temperatura e/o pressione.

"Abbiamo scoperto che il modo in cui l'azoto veniva distribuito sulla superficie di questi NAC era davvero importante, e nel processo si rese conto che si trattava di un tipo completamente nuovo di attività chimica, ", ha affermato Long Qi, scienziato associato del laboratorio di Ames.

"La scoperta dovrebbe consentire agli scienziati di progettare assemblaggi di azoto in grado di realizzare trasformazioni chimiche più sofisticate e impegnative senza la necessità di metalli di transizione", ha affermato Wenyu Huang, scienziato del laboratorio di Ames. "Si applica ampiamente a molti diversi tipi di conversioni chimiche e industrie".