I catalizzatori eterogenei sono materiali che facilitano le reazioni chimiche fornendo una superficie affinché i reagenti possano adsorbirsi e reagire. La dimensione e la forma delle particelle del catalizzatore svolgono un ruolo cruciale nella loro attività e selettività, ma i meccanismi alla base di questi effetti non sono stati completamente compresi.
In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato una combinazione di tecniche sperimentali e teoriche per studiare le relazioni struttura-proprietà-prestazioni di catalizzatori eterogenei. Hanno sintetizzato una serie di nanoparticelle di palladio di diverse dimensioni e ne hanno studiato l'attività catalitica per l'idrogenazione dell'etilene, una reazione importante nella produzione di carburanti e sostanze chimiche.
I risultati hanno rivelato che l’attività delle nanoparticelle di palladio aumentava con la diminuzione delle dimensioni delle particelle. Questa tendenza è stata attribuita alla maggiore area superficiale delle particelle più piccole, che ha fornito siti più attivi per la reazione. Tuttavia, i ricercatori hanno anche scoperto che le proprietà elettroniche delle nanoparticelle cambiavano con la diminuzione delle dimensioni delle particelle, il che influiva sulla selettività della reazione.
Nello specifico, i ricercatori hanno osservato una diminuzione del centro della banda D delle nanoparticelle di palladio con la diminuzione delle dimensioni delle particelle. Questo cambiamento nella struttura elettronica ha comportato uno spostamento nella selettività della reazione dal prodotto desiderato, l'etano, al prodotto indesiderato, il metano.
I risultati di questo studio forniscono una comprensione più profonda della relazione tra dimensione, attività e proprietà elettroniche di catalizzatori eterogenei. Questa conoscenza può essere utilizzata per guidare la progettazione razionale di catalizzatori più efficienti e selettivi per un'ampia gamma di processi industriali.
Oltre alle conoscenze fondamentali ottenute da questo studio, i ricercatori hanno anche dimostrato le implicazioni pratiche delle loro scoperte progettando un nuovo catalizzatore al palladio con attività e selettività migliorate per l'idrogenazione dell'etilene. Questo catalizzatore potrebbe essere potenzialmente utilizzato per migliorare l’efficienza e ridurre i costi di produzione di combustibili e prodotti chimici.
Nel complesso, questo studio rappresenta un progresso significativo nel campo della catalisi e apre nuove strade per lo sviluppo di processi catalitici più sostenibili ed efficienti.
