Los científicos en Japón e India han desarrollado un catalizador reutilizable de alto rendimiento basado en nanopartículas de rutenio de forma plana Ru-NP para la producción de productos químicos valiosos. Debido a su durabilidad demostrada, el catalizador podría ser ampliamente utilizado en grandes-la producción a escala de muchos tipos de colorantes, detergentes, agroquímicos y farmacéuticos.
Un estudio dirigido por investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech ha demostrado que los cambios a nanoescala en la estructura de la superficie pueden mejorar enormemente el rendimiento de los catalizadores metálicos utilizados en la producción de aminas primarias, una clase importante de compuestos en la industria química.
Los investigadores desarrollaron un catalizador a base de rutenio compuesto por una gran cantidad de facetas atómicamente activas en sus superficies planas.
En comparación con los catalizadores convencionales con soporte de metal, el nuevo catalizador, con su estructura superficial altamente activa, logró una rotación catalítica abrumadoramente alta.
El estudio implicó comparar qué tan bien diferentes tipos de catalizadores metálicos podrían convertir furfural derivado de biomasa en furfurilamina. Esto sirvió como una reacción modelo para la aminación reductora, el proceso principal utilizado para producir aminas primarias.
El nuevo catalizador exhibió una frecuencia de rotación de 1850 por hora. Esta cifra representa un aumento de seis veces en la eficiencia sobre un catalizador con soporte de metal RU / NB 2 O 5 desarrollado previamente por algunos de los mismos miembros del equipo, incluidos Michikazu Hara y Keigo Kamata en el Instituto de Investigación Innovadora de Tokyo Tech.
"Según nuestro conocimiento, el catalizador Ru-NP exhibió la frecuencia de rotación más alta entre los catalizadores metálicos reportados hasta la fecha para la aminación reductora de furfural para producir furfurilamina", dice el equipo en su estudio publicado en Ciencia química .
Otros experimentos para probar la reutilización del nuevo catalizador para la aminación reductora de furfural no mostraron "una disminución notable en la actividad, incluso después de cuatro reutilizaciones", dicen los investigadores, destacando la robustez del catalizador.
El secreto detrás del rendimiento excepcional del catalizador radica en su estructura y forma distintivas. Por lo general, Ru tiene una estructura hexagonal compacta que limita el rendimiento catalítico. Por el contrario, el nuevo catalizador tiene una alta proporción de las llamadas formas planas,nanopartículas prístinas de rutenio cúbico centrado en la cara en la superficie, que sirven como sitios activos con una débil capacidad de donación de electrones. Esta característica se considera crítica para permitir una aminación reductora eficiente y selectiva de varios compuestos de carbonilo.
Además de facilitar la producción de aminas derivadas de biomasa, el nuevo catalizador también podría ayudar a satisfacer las demandas de la industria química fina más amplia.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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