El control de la fase cristalina de las nanopartículas de cobalto conduce a un rendimiento catalítico excepcional en los procesos de hidrogenación, informan los científicos de Tokyo Tech. Producidas mediante un innovador método de síntesis asistido por hidrosilano, estas nanopartículas reutilizables de fase controlada permiten la hidrogenación selectiva de varios compuestos en condiciones suaves sin el uso de gases nocivos como el amoníaco. Estos esfuerzos podrían conducir a procesos catalíticos más sostenibles y eficientes en muchos campos industriales.
La hidrogenación (la reacción química del gas hidrógeno con otros compuestos) es fundamental para industrias como la alimentaria, farmacéutica, de materiales y petroquímica. Tradicionalmente, los metales nobles como el paladio y el rodio actúan como catalizadores en estas reacciones. Sin embargo, estos materiales son escasos y costosos, y su extracción está plagada de preocupaciones ambientales. Además, exigen condiciones altamente reguladas y que consuman mucha energía para funcionar eficazmente.
En los últimos años, el cobalto se ha convertido en una alternativa prometedora a los catalizadores de metales nobles para la hidrogenación. Las nanopartículas de cobalto (Co NP) pueden catalizar eficazmente reacciones de hidrogenación, lo que requiere temperaturas y presiones más bajas que los catalizadores metálicos avanzados. A pesar de la importancia teórica de la fase cristalina de las Co NP en su rendimiento catalítico, su estudio ha sido un desafío debido a la falta de métodos para producir Co NP con una fase cristalina específica de tamaño similar.
Afortunadamente, un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Tokio y la Universidad Metropolitana de Osaka ha encontrado una solución a este problema. Eso es lo que reveló su último estudio. Revista de la Sociedad Química EstadounidenseDesarrollaron un nuevo método para producir selectivamente Co NP con dos fases cristalinas muy distintas de una manera conveniente y consistente.
“Anteriormente informamos que las NP de níquel se pueden sintetizar fácilmente mediante la reducción de complejos de níquel en presencia de hidrosilano mediante una técnica que llamamos método asistido por hidrosilano”, explica el profesor Michikazu Hara, quien dirigió la investigación. “Presumimos que los hidrosilanos Trabajo Intentamos sintetizar Co NP con una fase cristalina controlada, no solo como agente reductor para cationes de Co, sino también como ligando en complejos metálicos para controlar el crecimiento de partículas metálicas.
A través de pruebas cuidadosas, el equipo de investigación encontró que sus predicciones eran correctas, y el método asistido por hidrosilano podría producir de manera confiable dos tipos de Co NP dependiendo de las condiciones de reacción: Co NP cúbicas centradas en las caras (fcc) y hexagonales compactas (hcp). ) Co NP. Luego llevaron a cabo varios experimentos de hidrogenación para explorar las diferencias en el rendimiento catalítico entre ambos tipos de Co NP.
Curiosamente, descubrieron que las NP de hcp-Co eran muy superiores a las NP de fcc-Co. En la hidrogenación de benzonitrilo a bencilamina, las NP de hcp-Co lograron una selectividad mucho mayor, mostrando un rendimiento del 97 % en comparación con el 80 % de las NP de fcc-Co. Además, la hidrogenación utilizando NP hcp-Co requiere aproximadamente la mitad de presión en comparación con las NP fcc-Co, lo que hace que todo el proceso sea más eficiente energéticamente. Este notable logro no se limita a la producción de bencilamina, como comenta Hara: “Sorprendentemente, el sistema catalizador basado en Co NP propuesto demostró compatibilidad con una amplia gama de compuestos de nitrilo y carbonilo”.
Teniendo en cuenta que el cobalto es abundante y que el catalizador a base de Co NP propuesto es reutilizable y no requiere gases nocivos como el amoníaco, este trabajo puede servir como un trampolín hacia una tecnología de hidrogenación más sostenible y rentable. A su vez, se espera que esto reduzca el costo y el impacto ambiental de muchos productos industriales, medicamentos e incluso productos alimenticios, lo que conducirá a un futuro mejor para la humanidad en más de un sentido.