I ricercatori dell'Università dell'Illinois dimostrano un metodo più efficiente ed ecologico per produrre perossido di idrogeno con nanoparticelle di palladio e oro, un catalizzatore che hanno trovato funziona meglio quando le particelle di palladio sono circondate da oro. Credito:Claire Benjamin/Università dell'Illinois Urbana-Champaign
Perossido di idrogeno (H 2 oh 2 ) viene utilizzato per disinfettare piccoli tagli in casa e per reazioni ossidative nella produzione industriale. Ora, la pandemia ha ulteriormente alimentato la domanda di questa sostanza chimica e delle sue proprietà antisettiche. Mentre è conveniente al supermercato, h 2 oh 2 è in realtà difficile e costoso da produrre su larga scala.
Un team guidato dall'Università dell'Illinois Urbana-Champaign ha dimostrato un metodo più efficiente ed ecologico per produrre H 2 oh 2 , secondo un recente studio pubblicato nel Giornale della Società Chimica Americana .
"Mentre i due ingredienti, idrogeno e ossigeno, sono poco costosi o liberamente disponibili dall'atmosfera, il perossido di idrogeno è altamente reattivo e instabile, che rende molto difficile la produzione, " ha detto il primo autore Tomas Ricciardulli, uno studente laureato in ingegneria chimica e biomolecolare all'UIUC.
Attualmente, producendo H 2 oh 2 richiede un complicato, processo a più fasi e grandi strutture. Inoltre, questo metodo tradizionale si basa su una sostanza chimica intermedia (antrachinone) derivata da combustibili fossili.
Decenni fa, i ricercatori hanno proposto un metodo più semplice, più economico, e un metodo alternativo a una fase "più ecologico" in cui un catalizzatore (nanoparticelle di palladio e oro) guida invece la reazione. Bonus:il catalizzatore può essere riciclato per produrre perossido di idrogeno più e più volte.
"Però, anche l'idrogeno e l'ossigeno formano l'acqua, e questo metodo proposto di "sintesi diretta" era noto per sintetizzare l'80% di acqua e solo il 20% di perossido di idrogeno, " ha detto l'autore principale David Flaherty, professore di ingegneria chimica e biomolecolare all'UIUC. "Gli scienziati hanno discusso ferocemente sulla disposizione degli atomi di palladio e oro necessari nelle nanoparticelle per aumentare la selettività per il perossido di idrogeno e perché questo funzioni".
Un rapporto più elevato tra atomi di oro e palladio nel catalizzatore produce più H 2 oh 2 e meno acqua. I ricercatori hanno scoperto che un catalizzatore con un rapporto tra un palladio e 220 atomi d'oro genera quasi il 100% di perossido di idrogeno, che è circa il punto di rendimenti decrescenti.
Il professore dell'Università dell'Illinois David Flaherty e lo studente laureato Tomas Ricciardulli dimostrano un metodo più efficiente ed ecologico per produrre perossido di idrogeno, molto richiesto per le sue proprietà antisettiche. Credito:Claire Benjamin/Università dell'Illinois Urbana-Champaign
In modo significativo, i catalizzatori danno prestazioni stabili per molti giorni di utilizzo, raggiungere continuamente queste notevoli selettività ad H 2 oh 2 , e farlo usando acqua pulita come solvente, che evita gli additivi problematici e corrosivi spesso usati per questa chimica.
Conta anche l'organizzazione di questi atomi all'interno del catalizzatore:gli atomi di palladio che si toccano favoriscono la formazione di acqua, mentre gli atomi di palladio circondati da oro favoriscono H 2 oh 2 formazione.
Cosa c'è di più, hanno scoperto che l'influenza si estende dal primo anello di atomi vicini che circondano l'atomo di palladio al secondo strato di atomi, chiamato i vicini più prossimi. Più H 2 oh 2 viene sintetizzato quando sia i vicini di un dato atomo di palladio che i vicini più prossimi sono tutti d'oro.
"Abbiamo dimostrato come creare un catalizzatore molto efficiente e selettivo, " disse Flaherty, che è anche uno studioso di facoltà della Dow Chemical Company. "Pur promettendo, ci sono ancora ostacoli da superare per adottare questo metodo commercialmente".
Il gruppo di ricerca Flaherty sta perseguendo lo sviluppo di catalizzatori di nanoparticelle con nuove composizioni e reattori per consentire metodi ibridi chimico-elettrochimici per questa reazione. "Il nostro obiettivo finale è sviluppare una tecnologia fattibile per la produzione distribuita di H 2 oh 2 che aprirebbe le porte a molte alternative sostenibili ai processi chimici tradizionali".
I ricercatori si aspettano anche che le loro attività rivelino altri concetti scientifici chiave per elettrizzare la produzione chimica lungo il percorso.
