Ricercatori del Nanoscience Center (NSC) dell'Università di Jyväskylä, Finlandia, e Università di Xiamen, Cina, hanno scoperto come le particelle di rame su scala nanometrica operano nel modificare un legame carbonio-ossigeno quando le molecole di chetoni si trasformano in molecole di alcol. La modifica dei legami carbonio-ossigeno e carbonio-carbonio presenti nelle molecole organiche è un importante stadio intermedio nelle reazioni catalitiche in cui il materiale di partenza viene trasformato in preziosi prodotti finali.

Comprendere il funzionamento dei catalizzatori a livello della struttura atomica di una singola particella consente di sviluppare catalizzatori con le caratteristiche desiderate, come renderli efficienti e selettivi per un prodotto finale specifico. Lo studio è stato pubblicato su ACS Nano . In Finlandia, lo studio è stato condotto dal professor Hannu Häkkinen dell'Accademia.

Le particelle di rame catalitico utilizzate nello studio sono state realizzate e caratterizzate strutturalmente presso l'Università di Xiamen, e il loro funzionamento nel modificare un forte legame carbonio-ossigeno in una reazione di idrogenazione è stato studiato dai ricercatori del Nanoscience Center (NSC) dell'Università di Jyväskylä in simulazioni al computer. La precisa struttura atomica delle particelle di rame è stata determinata mediante diffrazione di raggi X e spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). Si è scoperto che le particelle contengono 25 atomi di rame e dieci idrogeni, e c'erano 18 tioli che proteggevano la superficie della particella. Mentre il lavoro sperimentale a Xiamen ha rivelato le sue eccellenti prestazioni nell'idrogenazione catalitica dei chetoni, le simulazioni prevedevano che gli idrogeni legati al nucleo di rame della particella agissero come un deposito di idrogeno, che rilascia due atomi di idrogeno al legame carbonio-ossigeno durante una reazione. L'accumulo di idrogeno viene ricaricato dopo la reazione, quando una molecola di idrogeno attaccata alla particella dall'ambiente circostante si divide in due atomi di idrogeno, che sono legati nuovamente al nucleo di rame (vedi immagine). Le misurazioni NMR effettuate a Xiamen hanno rivelato un prodotto intermedio della reazione, che ha confermato le previsioni del modello computazionale.

"Questa è una delle prime volte che è stato possibile scoprire come funziona una particella catalitica quando la sua struttura è nota in modo così accurato, grazie ad una collaborazione che coinvolge sia esperimenti che simulazioni, " afferma il professore dell'Accademia Hannu Häkkinen dell'Università di Jyväskylä, che ha condotto la parte computazionale dello studio.

collaboratore di Häkkinen, Karoliina Honkala, professore di catalisi computazionale, dice, "Tradizionalmente, costosi catalizzatori a base di platino vengono utilizzati nelle reazioni di idrogenazione. Questo studio dimostra che le particelle di idruro di rame su scala nanometrica agiscono anche come catalizzatori di idrogenazione. I risultati fanno sperare che in futuro, sarà possibile sviluppare catalizzatori a base di rame efficaci ed economici per trasformare molecole organiche funzionalizzate in prodotti a più alto valore aggiunto."