Idrogenazione catalitica del maltosio a maltitolo. Credito:Università di Osaka
I catalizzatori sono al centro di un futuro più verde e più sostenibile per la produzione chimica. Però, molti dei catalizzatori attualmente in uso diffuso hanno limitazioni che influiscono sulla loro efficienza. I ricercatori dell'Università di Osaka hanno segnalato un catalizzatore in nanolega di fosfuro di nichel stabile e riutilizzabile per l'idrogenazione del maltosio a maltitolo che supera i catalizzatori convenzionali. I loro risultati sono pubblicati in Chimica e ingegneria sostenibili ACS .
Il maltitolo è un alcol zuccherino ampiamente utilizzato come dolcificante e additivo alimentare. Può essere prodotto idrogenando il maltosio; però, la reazione deve essere selettiva per evitare di generare prodotti collaterali indesiderati come il glucosio. I catalizzatori al rutenio si sono dimostrati efficienti per questa conversione, ma sono costosi, mentre le alternative più economiche al nichel hanno una bassa attività e sono difficili da maneggiare e riutilizzare.
I ricercatori hanno ora segnalato un catalizzatore in nanolega di fosfuro di nichel su un supporto di idrotalcite (HT) (nano-Ni 2 P/HT) che mostra un'elevata attività per l'idrogenazione selettiva del maltosio a maltitolo. Il catalizzatore è anche stabile in aria, il che lo rende facile da maneggiare.
"Il nostro catalizzatore ha superato i catalizzatori convenzionali per la sintesi del maltitolo, mostrando un'elevata attività anche a temperatura ambiente, ", afferma il primo autore dello studio Sho Yamaguchi. "Il supporto HT si è rivelato fondamentale per il miglioramento delle prestazioni. Infatti, il numero di turnover del catalizzatore supportato era più di 300 volte superiore a quello dello stesso catalizzatore senza supporto."
(un, b) Immagine del microscopio elettronico a trasmissione a scansione di campo oscuro anulare ad alto angolo di nano-N 2 P/HT; mappatura elementare di (c) Ni e (d) P, e (e) sovrapposizione composita di Ni e P. Credito:Università di Osaka
Il catalizzatore e il supporto sono stati trovati per lavorare insieme nella cosiddetta catalisi cooperativa. I siti di nichel sul nano-Ni 2 Si pensa che P attivi il gas idrogeno, mentre si crede che l'HT sia un donatore di elettroni e che attivi il maltosio.
nano-Ni 2 P/HT potrebbe essere filtrato dalla miscela di reazione e riutilizzato direttamente, senza la necessità di lunghe fasi di rigenerazione. Al quinto utilizzo è stata prodotta la stessa quantità di maltitolo di quando il catalizzatore era fresco, mostrando che l'attività e la selettività sono state conservate dopo molteplici usi.
Il catalizzatore ha raggiunto rese elevate anche quando la miscela di reazione aveva un'elevata concentrazione di maltosio (> 50% in peso%), che indica che sarebbe appropriato per l'uso su scala industriale.
"Il ruolo cooperativo del supporto nell'alta attività del nano-Ni 2 P/HT è particolarmente interessante perché quest'area non è stata ampiamente esplorata, ", spiega l'autore corrispondente dello studio Takato Mitsudome. "Crediamo che questo meccanismo, supportato dalle eccellenti proprietà che abbiamo dimostrato, significa che il nostro catalizzatore è perfettamente posizionato per dare un contributo significativo alla produzione sostenibile di maltitolo".
