Un gruppo di ricerca guidato da Wang Guozhong dell'Istituto Hefei di Scienze Fisiche dell'Accademia Cinese delle Scienze ha incapsulato il nichel metallico in un composito di carbonio-silice drogato con azoto (SiO2 @Ni@NC) come catalizzatore, che ha mostrato buone prestazioni nell'idrogenazione della vanillina in mezzi acquosi.
Hanno scoperto che può raggiungere una conversione della vanillina del 99,8% e una selettività del 100% del 4-idrossimetil-2-metossifenolo (HMP) a temperatura ambiente. I risultati sono stati pubblicati su Advanced Science .
L’acqua è un solvente facilmente accessibile ed ecologico. Tuttavia, le reazioni catalitiche che coinvolgono l'acqua sono fortemente limitate dalle difficoltà nella stabilizzazione delle specie metalliche attive. Gli studi hanno dimostrato che le strategie di incapsulamento possono ridurre efficacemente la perdita di specie attive.
Lo strato di carbonio drogato con azoto (NC) derivato dalla resina resorcinolo-formaldeide può migliorare l'affinità tra il catalizzatore e le molecole di gas o i reagenti organici attraverso le sue proprietà idrofobiche intrinseche, migliorando efficacemente l'attività catalitica e la stabilità.
In questo studio, i ricercatori hanno preparato un catalizzatore al nichel avvolto in una miscela di carbonio drogato con azoto e silice chiamata SiO2 @Ni@NC. L'hanno usato per convertire la vanillina in un'altra sostanza chimica chiamata 4-idrossimetil-2-metossifenolo (HMP) utilizzando l'acqua come solvente. Questo catalizzatore confezionato ha funzionato molto bene. Convertiva quasi tutta la vanillina in HMP a temperatura ambiente e poteva essere riutilizzata cinque volte.
L'efficiente prestazione catalitica deriva dall'effetto sinergico dei metalli attivi, dello strato di carbonio drogato con azoto e della silice. La silice aiutava a distribuire uniformemente il catalizzatore nell'acqua, mentre lo strato di carbonio proteggeva i metalli e favoriva la reazione. I test hanno dimostrato che lo strato di carbonio aiuta anche a raccogliere le sostanze chimiche necessarie per la reazione.
I calcoli della teoria del funzionale della densità hanno confermato il ruolo dello strato di carbonio drogato con azoto nella dissociazione spontanea di H2 e ha chiarito il meccanismo catalitico per l'idrogenazione in fase acquosa della vanillina.
Secondo il team, le strategie di incapsulamento dello strato di carbonio in questo lavoro forniscono un riferimento per la costruzione di catalizzatori di idrogenazione acquosi efficienti e stabili a temperatura ambiente.
Ulteriori informazioni: Zidan Zou et al, Verso un'idrogenazione ad alte prestazioni a temperatura ambiente attraverso la personalizzazione di catalizzatori al nichel stabili in soluzione acquosa, Scienza avanzata (2024). DOI:10.1002/advs.202309303
Informazioni sul giornale: Scienza avanzata
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
