Molti impianti di produzione (ad es. produttori di plastica, aziende farmaceutiche, e altri) utilizzano nanocatalizzatori che contengono palladio, un componente costoso che non è prodotto in modo sostenibile. Un chimico della RUDN University ha trovato un modo per ridurre il consumo di palladio e per rendere la sua produzione più ecologica. Ha sviluppato un catalizzatore basato su una sostanza che proviene dai rifiuti vegetali. Usando la sua invenzione, i produttori potrebbero dimezzare il consumo di palladio. Inoltre, i nuovi catalizzatori possono essere riutilizzati più volte senza alcuna diminuzione dell'efficienza. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Catalisi Molecolare .

Il cross-coupling è un tipo di reazione che prevede la combinazione di atomi di carbonio da diverse molecole organiche. Le reazioni di cross-coupling sono le più diffuse nella chimica industriale. Sono usati per sintetizzare la plastica, medicinali, e altri composti e rappresentano il 17% di tutte le reazioni solo in chimica medica. Il componente principale del cross-coupling sono le nanoparticelle di palladio. Il palladio è uno degli elementi più rari sulla Terra, che lo rende un catalizzatore molto costoso. Inoltre, è prodotto principalmente in impianti minerari che rappresentano una notevole minaccia per l'ambiente. Un chimico della RUDN University ha suggerito di risolvere tutti questi problemi con un nuovo approccio.

Il consumo di palladio nelle reazioni di accoppiamento incrociato aumenta perché le particelle dei catalizzatori contenenti palladio tendono a legarsi tra loro. Ci sono due modi per fermare questo. Si potrebbero modificare le proprietà chimiche delle particelle per indebolire la reazione tra le loro superfici quando vengono a contatto. In alternativa, il metallo potrebbe essere tenuto fisicamente in posizione con una struttura o una griglia. Il chimico della RUDN University ha scelto il secondo metodo e ha bloccato le particelle metalliche nei rispettivi posti utilizzando un guscio multistrato con un nucleo magnetico.

Il nucleo del nuovo nanocatalizzatore è costituito da ossido di ferro con elevate proprietà magnetiche. Il rivestimento è costituito da un polimero a base di catecolo. Il catecolo è una sostanza che si trova nelle pareti cellulari delle piante ed è prodotta dai rifiuti vegetali. Entrambi questi strati sono accessori e non hanno attività catalitica. Le proprietà catalitiche del composto derivano dalle nanoparticelle di palladio che sono incorporate nel secondo strato. Il polimero fissa le particelle in posizione e impedisce loro di legarsi insieme.

La nuova struttura del catalizzatore richiede il doppio di palladio rispetto a quella vecchia:1,5% del peso totale delle nanoparticelle rispetto al 3-6%. Inoltre, dopo un paio di cicli di produzione, il nucleo del materiale nanocomposito può essere ripulito e riutilizzato. Questo metodo non è solo buono per l'ambiente ma anche economicamente fattibile, in quanto renderà la produzione di medicinali, plastica, e altri prodotti più economici.

"Oggi i chimici sono particolarmente interessati ai catalizzatori verdi. I nostri nanocatalizzatori contengono un prodotto del riciclaggio dei rifiuti vegetali e allo stesso tempo lavorano in modo efficiente nelle reazioni di accoppiamento incrociato. Pertanto, non solo sono in grado di ridurre il consumo di palladio e rendere il processo produttivo più economico, ma anche benefici per l'ambiente. Inoltre, siamo riusciti a mostrare la natura universale dei polimeri a base di catecoli vegetali. Lo stesso approccio può essere utilizzato quando si lavora con altri metalli tra cui platino, d'argento, o oro, o con catalizzatori di altre reazioni organiche, " disse Rafael Luque, dottorato di ricerca, Responsabile del Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine Science Center presso l'Università RUDN.