Lo stirene, la sostanza chimica utilizzata per produrre polimeri e resine utilizzate in plastica, contenitori usa e getta, lattice, gomma sintetica, isolanti e altro, è onnipresente nella vita di tutti i giorni.

Data la sua prevalenza e importanza, un metodo di produzione a basso costo, efficiente dal punto di vista energetico e sostenibile dal punto di vista ambientale è fondamentale. Il metodo tradizionale, e attualmente più comune, per produrlo attraverso la deidrogenazione dell'etilbenzene, tuttavia, presenta degli svantaggi in queste aree:richiede un eccesso di vapore surriscaldato o si traduce in una mancanza di un controllo preciso dell'uniformità della struttura dei catalizzatori.

Ora, un team di ricercatori guidato da Hongyang Liu dell'Accademia cinese delle scienze dell'Istituto di ricerca sui metalli, ha sviluppato un metodo di deidrogenazione dell'etilbenzene in condizioni prive di ossigeno con catalizzatori a grappolo di platino (Pt) completamente esposti che si traducono nei tratti positivi di attività, selettività e stabilità, nonché minori costi energetici e finanziari. I risultati saranno pubblicati il ​​10 luglio su Nano Research .

"Abbiamo preparato catalizzatori a grappolo di Pt completamente esposti sfruttando i difetti di carbonio sulla superficie del supporto di grafene e la segregazione fisica dello stagno disperso atomicamente (Sn)", ha affermato Liu, che è anche nominato presso l'Università di Scienza e Tecnologia della Cina . "I cluster di Pt completamente esposti possono promuovere il desorbimento dello stirene del prodotto target, facendolo mostrare un'attività di deidrogenazione e una stabilità maggiori rispetto ai catalizzatori di nanoparticelle di Pt."

Al contrario, un precedente metodo comune di deidrogenazione dell'etilbenzene avveniva su catalizzatori a base di ossido di ferro, richiedeva temperature elevate che si traducono in deposizione di carbonio e richiedeva vapore surriscaldato in eccesso. Per ovviare a questo, i ricercatori hanno impiegato catalizzatori a singolo atomo (SAC) e catalizzatori a grappolo completamente esposti (FECCS).

"SAC e FECC offrono un'ampia gamma di dispersione atomica e piena efficienza di utilizzo dei metalli, che possono fornire una maggiore attività e hanno ricevuto un grande interesse", ha affermato Liu. "Soprattutto, i siti attivi dei FECC contengono generalmente diverse combinazioni di più atomi di metallo e sono adatti per catalizzare reagenti che necessitano di siti di metallo d'insieme."

Tuttavia, i SAC e i FECC hanno i loro limiti, tra cui il controllo impreciso dell'uniformità della struttura dei FECC e l'aggregazione di atomi di metallo in cluster o nanoparticelle di metallo causata dalla loro elevata energia superficiale e dall'instabilità termodinamica quando esposti a temperature elevate.

Mentre altri ricercatori hanno mirato a progettare FECC con un'elevata attività e un'elevata stabilità adatti per reazioni ad alta temperatura come la deidrogenazione dell'etilbenzene, come ha fatto questo team di ricercatori, studi precedenti hanno utilizzato ossidi di metalli non preziosi o materiali di carbonio per catalizzatori, che richiedono un'elevata energia e il consumo di acqua e si traducono in una bassa attività. Il consumo di energia può essere affrontato mediante l'ossidazione del processo, ma ciò comporta una bassa selettività e rischi con miscele infiammabili.

"Nella nostra ricerca, abbiamo impiegato catalizzatori a grappolo di Pt completamente esposti con nanodiamante/grafene decorati con Sn dispersi atomicamente per la deidrogenazione dell'etilbenzene in condizioni prive di ossigeno, che hanno mostrato un'elevata attività, selettività e stabilità rispetto ai catalizzatori precedenti, aprendo una nuova strada per la progettazione di stabili catalizzatori metallici dispersi atomicamente", ha detto Liu. "Abbiamo ottenuto buone prestazioni catalitiche nella deidrogenazione degli alcani."

Un'altra parte del fascino di questo metodo, secondo i ricercatori, è la sua capacità di adattarsi ad altri tipi di catalizzatori.

"I catalizzatori di rutenio, rodio e iridio sono stati preparati con lo stesso metodo di preparazione e tutti hanno mostrato buone prestazioni catalitiche nella deidrogenazione diretta dell'etilbenzene, indicando che l'efficiente metodo di progettazione del catalizzatore proposto in questo documento è universale", ha affermato Liu. "Il metodo di progettazione del catalizzatore fornisce una nuova idea per progettare efficienti catalizzatori di deidrogenazione di alcani metallici dispersi atomicamente."

I ricercatori affermano che continueranno a sviluppare i metodi di progettazione e le applicazioni dei catalizzatori metallici dispersi atomicamente in questa ricerca, inclusi multimetalli, reazioni diverse, applicazioni pratiche e altro ancora. + Esplora ulteriormente

Catalizzatore Ir/MoC disperso atomicamente ad alto carico per la reazione di idrogenazione