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I rapporti ben definiti dei metalli nei MOF li rendono i materiali di partenza ideali per la creazione di nuovi catalizzatori.
Il riscaldamento di strutture metalliche organiche bimetalliche (MOF) fino a quando la loro struttura porosa non collassa in nanoparticelle può essere un modo molto efficace per creare catalizzatori. Questo nuovo approccio alla progettazione del catalizzatore è stato ora utilizzato da KAUST e dai ricercatori spagnoli per realizzare un catalizzatore robusto che converta l'anidride carbonica (CO 2 ) in monossido di carbonio (CO) con una selettività senza precedenti.
Il vantaggio di questo metodo introdotto da KAUST è che può generare nanoparticelle catalitiche metalliche miste che si sono rivelate difficili o impossibili da realizzare con mezzi convenzionali.
Catturare CO 2 emissioni e convertendo cataliticamente i gas serra in CO, una preziosa materia prima chimica, è un'opzione per ridurre i gas serra associati al cambiamento climatico. I metalli preziosi possono catalizzare questa reazione, ma sono costosi e le scorte sono limitate, dice Samy Ould-Chikh, un ingegnere di ricerca in KAUST.
"I catalizzatori a base di ossido di ferro sono un'alternativa economica, " dice Ould-Chikh. "Tuttavia, in presenza di CO, il ferro viene cementato formando carburo di ferro, che porta alla formazione di sottoprodotti e alla disattivazione del catalizzatore."
L'aggiunta di titanio alle particelle di catalizzatore potrebbe stabilizzare l'ossido di ferro contro la carburazione. Incompatibilità chimiche tra precursori del ferro e del titanio, però, aveva reso impossibile sintetizzare nanoparticelle che incorporassero una miscela omogenea dei due metalli nel rapporto necessario. Per superare questo limite, il team si è rivolto ai MOF, materiali porosi costituiti da ioni metallici collegati tra loro da linker a base di carbonio.
"L'uso di MOF ci consente di controllare perfettamente il rapporto ferro-titanio sul MOF genitore, " afferma l'ingegnere di ricerca Adrian Ramirez Galilea. Il riscaldamento decompone la parte organica del MOF, lasciando indietro i due metalli, omogeneamente miscelati nel rapporto desiderato e in nanoparticelle ottaedriche ordinate che rispecchiano la struttura del MOF genitore.
Le nanoparticelle hanno convertito CO 2 a CO con selettività al 100%, senza alcun segno di disattivazione dopo diversi giorni di utilizzo. "I nostri calcoli iniziali hanno suggerito che le nanoparticelle con tali rapporti atomici dovrebbero essere in grado di fare il lavoro; tuttavia, i risultati hanno superato di gran lunga le nostre aspettative originali, "dice Guascone.
Oltre a continuare a esplorare le proprietà e la reattività del nanocatalizzatore ferro-titanio, il team sta esaminando allo stesso modo altri sistemi catalitici metallici realizzati con MOF. "L'uso dei MOF apre la strada alla sintesi di nuovi catalizzatori che non era possibile realizzare utilizzando approcci convenzionali, "dice Ramirez Galilea.
"Stiamo esaminando diverse combinazioni di metalli per applicazioni che vanno dalla catalisi termica tradizionale alla catalisi foto e fototermica, " aggiunge Jorge Guascone, che ha condotto la ricerca. "Questo documento è solo la punta dell'iceberg".
