Idrogenazione degli alchini su nanoparticelle di platino con rivestimento amminico (superiore, rosso) e superfici nude (inferiore, grigio) produce alchene e alcano, rispettivamente.
Il ruolo della modifica superficiale dei catalizzatori di nanoparticelle nelle reazioni di idrogenazione degli alchini è stato studiato sistematicamente dal gruppo NanoBio Interfaces del Center for Nanoscale Materials, in collaborazione con i ricercatori delle divisioni di Scienze chimiche e ingegneria e di Scienze dei raggi X di Argonne. Il team spiega l'effetto dei ligandi di superficie sulla selettività e l'attività delle nanoparticelle di platino e Co/Pt utilizzando approcci sperimentali e computazionali.
Un equilibrio sintonizzabile tra l'energia di adsorbimento degli alcheni sulla superficie delle nanoparticelle nude e incappucciate definisce la selettività del nanocatalizzatore per gli alcheni nella reazione di idrogenazione degli alchini. Addizione di alchilammine primarie a platino e CoPt 3 i catalizzatori a nanoparticelle possono aumentare drasticamente la selettività per gli alcheni da 0 a oltre il 90% con circa il 99,9% di conversione. L'aumento della copertura dell'alchilammina primaria sulla superficie delle nanoparticelle porta a una diminuzione dell'energia di legame degli otteni e all'eventuale competizione tra ottene e alchilammine primarie per i siti di adsorbimento. A copertura sufficientemente elevata con alchilammina primaria, dominano le alchilammine, che impedisce l'ulteriore idrogenazione degli alcheni in alcani. Le ammine primarie con diverse lunghezze delle catene di carbonio hanno energie di adsorbimento simili sulla superficie dei catalizzatori e, di conseguenza, lo stesso effetto sulla selettività. Quando l'energia di adsorbimento dei ligandi incapsulanti sulla superficie catalitica è inferiore all'energia di adsorbimento degli alcheni, i ligandi non influenzano la selettività dell'idrogenazione dell'alchino ad alchene. D'altra parte, ligandi incappucciati con energie di adsorbimento sulla superficie catalitica superiori a quella dell'alchino riducono la sua attività con conseguente bassa conversione degli alchini.
Il significato di questo lavoro è che i catalizzatori con una migliore selettività possono ridurre profondamente la quantità di rifiuti chimici generati. Una chiara comprensione del ruolo dei ligandi incapsulanti sulle nanoparticelle sintetizzate chimicamente durante le reazioni catalitiche è stata finora lungi dall'essere completa. Questa indagine sistematica rivela il ruolo della modifica della superficie del nanocatalizzatore nell'idrogenazione degli alchini.
