L'industria chimica produce non solo preziose vitamine, prodotti farmaceutici, aromi e pesticidi, ma spesso una grande quantità di rifiuti, pure. Ciò è particolarmente vero per la produzione farmaceutica e della chimica fine, dove il volume del prodotto desiderato può essere solo una frazione del volume dei rifiuti e dei sottoprodotti di sintesi invendibili.

Uno dei motivi è che molte reazioni chimiche fanno uso di catalizzatori in forma disciolta, come Javier Pérez-Ramírez, Professore di Ingegneria della Catalisi, dice. I catalizzatori sono sostanze che accelerano una reazione chimica. Nel caso di catalizzatori disciolti, spesso è necessario uno sforzo enorme per separarli dal solvente e dai prodotti di reazione per il riutilizzo. I catalizzatori in forma solida evitano del tutto questo problema.

Pérez-Ramírez e il suo gruppo hanno ora collaborato con altri scienziati europei e un partner industriale per sviluppare un catalizzatore così solido per una grande reazione chimica, come riportano i ricercatori sulla rivista Nanotecnologia della natura . Il loro catalizzatore è un reticolo molecolare composto da atomi di carbonio e azoto (nitruro di carbonio grafitico) che presenta cavità di dimensioni atomiche in cui i ricercatori hanno collocato atomi di palladio.

Catalizzatore efficiente per una reazione da premio Nobel

Creando minuscole particelle di questo materiale palladio-carbonio-azoto, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che catalizza la cosiddetta reazione di Suzuki in modo molto efficiente. "In chimica, la formazione di un legame tra due atomi di carbonio viene spesso eseguita utilizzando la reazione di Suzuki, "dice Sharon Mitchell, uno scienziato nel laboratorio di Pérez-Ramírez. È stata questa reazione a far vincere allo scienziato giapponese Akira Suzuki e a due colleghi il Premio Nobel per la Chimica 2010.

Finora, il processo su scala commerciale ha ampiamente utilizzato catalizzatori di palladio solubili. Tentativi precedenti di attaccare il catalizzatore solubile a un corpo solido portavano sempre a catalizzatori relativamente instabili e inefficienti.

Notevolmente meno sprechi

Il nuovo catalizzatore al palladio dei ricercatori dell'ETH è molto più stabile. Per tale motivo, e poiché non si dissolve nel liquido di reazione, può essere utilizzato per un periodo di tempo molto più lungo. Cosa c'è di più, il catalizzatore è molto più economico e circa venti volte più efficiente dei catalizzatori utilizzati oggi.

"Ciò significa che il nuovo catalizzatore non solo riduce i costi di sintesi della chimica fine, riduce inoltre il consumo di palladio e diminuisce la quantità di rifiuti, " Dice Pérez-Ramírez. Il catalizzatore potrebbe presto essere pronto per l'uso nell'industria:gli scienziati affermano che dovrebbe essere facile aumentare la produzione e l'uso del catalizzatore dal laboratorio.

Come sottolineano i ricercatori, l'uso del nitruro di carbonio grafitico come catalizzatore solido non è limitato alla reazione di Suzuki. Dovrebbe anche essere possibile popolare il reticolo con atomi di metalli diversi dal palladio per catalizzare altre sintesi. Gli scienziati dell'ETH esploreranno queste possibilità nella ricerca futura. Hanno anche in programma di fondare una società spin-off per commercializzare questa nuova famiglia di catalizzatori.