La chiave delle reazioni chimiche è nel nome:deve esserci qualcosa che fa sì che le sostanze chimiche reagiscano l'una all'altra. Chiamato catalizzatore, questo componente induce o accelera le reazioni in modo controllato per produrre il risultato desiderato. I catalizzatori utilizzati in diverse industrie sono spesso composti da metalli nobili, che non sono sufficientemente efficienti per compensare il loro alto costo. Per affrontare questo problema per la reazione chimica dell'aggiunta di idrogeno, chiamata idrogenazione, alla chinolina, una molecola importante nella produzione farmaceutica, i ricercatori con sede in Cina hanno sviluppato un catalizzatore altamente efficace che comprende nanoparticelle sinergiche e singoli atomi di iridio.

Hanno pubblicato il loro approccio il 22 marzo su Nano Research .

"L'idrogenazione selettiva della chinolina e dei suoi derivati ​​nei prodotti corrispondenti ha ampie applicazioni nell'industria chimica e farmaceutica", ha affermato il co-autore Changyan Cao, ricercatore presso l'Istituto di chimica, l'Accademia cinese delle scienze (ICCAS) e l'Università dell'Accademia cinese. delle scienze (UCAS). "Le chinoline sono un'importante classe di composti per l'accesso ai prodotti della tetraidrochinolina che si trovano ampiamente nelle molecole di farmaci, ma di solito sono necessari catalizzatori di metalli nobili per produrre questa reazione. Pertanto, è estremamente importante migliorare l'attività e l'efficienza di utilizzo dei metalli preziosi a causa del loro prezzo elevato."

I ricercatori si sono concentrati sui catalizzatori a singolo atomo, che secondo Cao sono diventati un argomento caldo nel campo della catalisi grazie al modo in cui possono unire i vantaggi di catalizzatori omogenei ed eterogenei. I catalizzatori omogenei incoraggiano una reazione uniforme, ma catalizzatori eterogenei possono indurre una reazione di resa maggiore. Il problema, secondo Cao, è che i catalizzatori a singolo atomo mancano di un legame metallo-metallo. Senza questo legame con cui fondersi, l'idrogeno è costretto attraverso un percorso diverso che si traduce in una minore idrogenazione complessiva.

"Poiché l'idrogeno si dissocia in coppie corrispondenti più facilmente su nanoparticelle di metalli nobili - ad atomi di idrogeno, per esempio - ed è ben noto che gli atomi di idrogeno si riversano, abbiamo ipotizzato che gli atomi di idrogeno formati su nanoparticelle metalliche potrebbero anche migrare verso singoli siti metallici per l'idrogenazione, Ha detto Cao, spiegando che l'attività iniziale di idrogenazione tra il catalizzatore proposto e il substrato produrrebbe essenzialmente una fase secondaria di atomi di idrogeno in grado di continuare il processo di catalisi. "Con tale progetto, i problemi sopra menzionati potrebbero essere risolti."

Per progettare un tale catalizzatore, i ricercatori hanno disperso singoli atomi di iridio, il metallo nobile con la più alta attività intrinseca segnalata per l'idrogenazione della chinolina, e nanoparticelle in un supporto di carbonio. Quando è stata applicata la chinolina, la reazione si è rivelata più efficiente rispetto a quando sono stati utilizzati solo atomi di iridio o solo nanoparticelle.

"La costruzione di un catalizzatore sinergico cambia il percorso di reazione per sfruttare i siti di un singolo atomo nell'attivazione del substrato e delle nanoparticelle nella dissociazione dell'idrogeno", ha affermato il co-autore Weiguo Song, professore presso ICCAS e UCAS. "Tutte queste caratteristiche insieme contribuiscono alle prestazioni di idrogenazione molto migliorate rispetto alla controparte catalizzatore a singolo atomo e catalizzatore a nanoparticelle da solo."

Sebbene il catalizzatore sinergico sviluppato non cancelli la necessità di metalli nobili, riduce la quantità necessaria per una migliore reazione.

"Abbiamo proposto e confermato una strategia efficiente per aumentare l'attività catalitica per l'idrogenazione della chinolina costruendo un catalizzatore sinergico di singoli atomi e nanoparticelle di iridio, risolvendo i limiti di attività dei catalizzatori a singolo atomo", ha affermato Song. "Successivamente, espanderemo la nostra ricerca ad altri catalizzatori metallici e reazioni di idrogenazione per dimostrare l'universalità della catalisi sinergica". + Esplora ulteriormente

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