Il titanio silicalite-1 (TS-1) non è un nuovo catalizzatore:sono passati quasi 40 anni dal suo sviluppo e dalla scoperta della sua capacità di convertire il propilene in ossido di propilene, un importante prodotto chimico di base nell'industria chimica. Ora, combinando vari metodi, un team di scienziati dell'ETH di Zurigo, l'Università di Colonia, il Fritz Haber Institute e BASF hanno svelato il sorprendente meccanismo d'azione di questo catalizzatore. di Colonia, è stato coinvolto il gruppo di lavoro del Professor Dr. Albrecht Berkessel presso il Dipartimento di Chimica. Questi risultati aiuteranno la ricerca sui catalizzatori a compiere un importante passo avanti.

L'ossido di propilene è utilizzato nell'industria per realizzare prodotti come poliuretani, additivi antigelo e fluidi idraulici. Più di 11 milioni di tonnellate di ossido di propilene vengono prodotte ogni anno nell'industria chimica di tutto il mondo, di cui 1 milione di tonnellate già prodotte dall'ossidazione del propilene con acqua ossigenata. Questa reazione chimica è catalizzata da TS-1, un microporoso, materiale cristallino costituito da silicio e ossigeno e contenente piccole quantità di titanio. Il catalizzatore è stato utilizzato con successo per 40 anni e gli esperti hanno ipotizzato che il centro attivo in TS-1 contenga singoli, atomi di titanio isolati che assicurano la speciale reattività del catalizzatore.

Un team di ricercatori dell'ETH di Zurigo, l'Università di Colonia, il Fritz Haber Institute e BASF hanno messo in dubbio questa ipotesi. "Negli ultimi anni, sono sorti dubbi sulla correttezza dell'assunzione circa il meccanismo d'azione, in quanto si basa principalmente su analogie con catalizzatori comparabili e meno su prove sperimentali. Ma se cerchi di ottimizzare un catalizzatore sulla base di un presupposto sbagliato, è molto difficile e può portarti nella direzione completamente sbagliata. Era quindi importante esaminare più da vicino questa ipotesi, " spiega lo scienziato di BASF Dr. Henrique Teles, uno dei coautori della pubblicazione scientifica, il punto di partenza per la collaborazione.

In uno studio ora pubblicato su Natura , la squadra ha potuto, utilizzando studi NMR allo stato solido e modellazione computerizzata, per dimostrare che sono necessari due atomi di titanio vicini per spiegare la particolare attività catalitica. Questo a sua volta ha portato il team di ricerca a concludere che gli atomi di titanio non sono isolati, ma piuttosto il centro cataliticamente attivo è costituito da una coppia di titanio. "Nessuno dei metodi che abbiamo usato nello studio è fondamentalmente nuovo, ma nessuno dei gruppi di ricerca coinvolti nello studio avrebbe potuto svolgere l'indagine da solo, " sottolinea il prof. Christophe Copéret dell'ETH di Zurigo, l'autore della corrispondenza della pubblicazione. "Solo la combinazione di diversi campi di competenza e varie tecniche ha permesso di esaminare più da vicino il centro attivo del catalizzatore".

"Abbiamo lavorato per molti anni per chiarire il meccanismo di reazione di un catalizzatore di titanio omogeneo e abbiamo scoperto che, contrariamente alle ipotesi in letteratura, il perossido di idrogeno è attivato da una coppia di titanio. È stato davvero un momento speciale quando abbiamo visto nel studio attuale che i risultati della catalisi omogenea si applicano anche alla catalisi eterogenea, " ha affermato il coautore Prof. Albrecht Berkessel dell'Università di Colonia. E il Dr. Thomas Lunkenbein, coautore del Fritz Haber Institute di Berlino, aggiunge:"Siamo molto lieti di essere stati in grado di dare un contributo a questo studio. Con le nostre analisi, siamo stati in grado di corroborare le conclusioni. La conoscenza di un centro attivo biatomico è di fondamentale importanza e apre nuove possibilità nella ricerca sui catalizzatori."

Il team è convinto che i risultati di questo studio non solo aiuteranno a migliorare i catalizzatori esistenti, ma anche per sviluppare nuovi catalizzatori omogenei ed eterogenei.