(PhysOrg.com) -- Le nanoparticelle di oro e palladio (Au-Pd) potrebbero portare a un modo più efficiente ed ecologico di produrre benzil benzoato, un composto chimico ampiamente utilizzato negli alimenti, industrie farmaceutiche e chimiche le cui applicazioni includono un fissativo per fragranze, un additivo alimentare e un solvente per reazioni chimiche.

Il metodo più comune per produrre benzil benzoato consiste nel far reagire l'acido benzoico con l'alcol benzilico. Può anche essere generato dalla benzaldeide. Tutti e tre i materiali di partenza sono derivati ​​da toluene, un componente del petrolio greggio. La produzione di alcol benzilico e benzaldeide richiede l'uso di alogeni e solventi acidi, mentre l'acido benzoico viene prodotto tramite una reazione catalizzata da cobalto in fase liquida più rispettosa dell'ambiente.

Un gruppo di ricerca guidato da Graham Hutchings, professore di chimica all'Università di Cardiff in Galles nel Regno Unito, e Christopher Kiely, professore di scienza e ingegneria dei materiali a Lehigh, ha trovato un modo per produrre benzil benzoato direttamente dal toluene in un ambiente privo di solventi, processo in un'unica fase che utilizza nanoparticelle di Au-Pd per catalizzare la reazione.

“Ottimizzando il rapporto Au-Pd nella nanoparticella, così come le condizioni di reazione, siamo stati in grado di ottenere tassi di conversione superiori al 95% senza conversione in anidride carbonica, "dice Hutchings.

Fare luce sulla dimensione delle particelle e sull'attività catalitica

I ricercatori hanno riportato la loro scoperta il 14 gennaio in Scienza rivista in un articolo intitolato "Ossidazione senza solventi di legami carbonio-idrogeno primari in toluene utilizzando nanoparticelle di lega Au-Pd". compreso Ramchandra Tiruvalam, un dottorato di ricerca a Lehigh candidato che lavora con Kiely.

Piuttosto che realizzare i catalizzatori con tecniche convenzionali di impregnazione del supporto, i ricercatori hanno scelto un percorso di preparazione che prevedeva l'immobilizzazione sol dei colloidi Au-Pd utilizzando supporti di carbonio amorfo e ossido di titanio. Questa tecnica offre un controllo molto maggiore sulla dimensione e sulla composizione delle particelle rispetto ai metodi convenzionali.

Gli studi di microscopia elettronica a trasmissione (TEM) condotti da Tiruvalam hanno rivelato che le dimensioni medie delle particelle erano molto simili, 3,3 nanometri su carbonio e 3,5 nm su ossido di titanio.

“Pur avendo una distribuzione granulometrica molto simile, è stato riscontrato che i campioni di Au-Pd/carbonio hanno circa il doppio dell'attività catalitica dei campioni di Au-Pd/ossido di titanio, "dice Kiely, che dirige il Laboratorio di nanocaratterizzazione nel Centro per i materiali avanzati e le nanotecnologie di Lehigh.

"Questo suggerisce che semplici considerazioni sulla superficie metallica non stanno dominando l'attività catalitica".

Raggiungere stabilità e riutilizzabilità

Usando il TEM corretto per l'aberrazione di Lehigh, Tiruvalam è stato in grado di dimostrare che le particelle erano effettivamente particelle di lega Au-Pd, che quelli sull'ossido di titanio erano molto sfaccettati e tendevano a formare un'interfaccia piatta con il supporto, e che quelli sul carbonio erano molto più arrotondati.

"La differenza nell'attività catalitica può essere correlata alle differenze nel numero di siti di bordo e d'angolo con numero di coordinazione basso disponibile, ” spiega Kiely. "Le particelle "più ruvide" più arrotondate sul supporto di carbonio hanno significativamente più di questi siti rispetto alle particelle più piatte sul supporto di ossido di titanio".

In una serie finale di esperimenti, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che i catalizzatori Au-Pd/carbonio non hanno mostrato alcuna perdita di attività dopo l'uso e che c'erano pochi cambiamenti nella forma e nella dimensione delle particelle dopo lunghi periodi di reazione.

“È chiaro che questi catalizzatori altamente attivi sono sia stabili che riutilizzabili, "dice Kiely.