Un grupo de científicos de materiales en el Instituto de Tecnología de Tokio ha demostrado que un electruro intermetálico a base de paladio, Y 3 Pd 2 , puede mejorar la eficiencia de las reacciones de acoplamiento cruzado carbono-carbono. Sus hallazgos señalan el camino hacia un mundo más sostenible a través de la catálisis.
Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech han desarrollado un material de electruro compuesto de itrio y paladio Y 3 Pd 2 como catalizador para las reacciones de acoplamiento cruzado de Suzuki.Estas reacciones se encuentran entre las más utilizadas para la formación de enlaces carbono-carbono en la química orgánica y medicinal.
Y 3 Pd 2 se predijo que sería un electruro eficaz basado en cálculos teóricos, explica Tian-Nan Ye, profesor asistente en el Centro de Investigación de Materiales de Tokyo Tech para Estrategia de Elementos y primer autor del estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza . "En un electride, los electrones aniónicos están atrapados en sitios intersticiales y típicamente albergan un fuerte efecto de donación de electrones", dice. "Esta característica nos motivó a aplicar Y 3 Pd 2 como catalizador de reacción de acoplamiento de Suzuki, ya que la barrera de reacción del paso de determinación de la velocidad se puede suprimir mediante la transferencia de electrones desde el electruro a los sustratos "
En pruebas de laboratorio, la actividad catalítica de Y 3 Pd 2 se demostró que era diez veces mayor que la lograda por un catalizador de Pd puro, y la energía de activación se redujo en un 35%.
Lo que hace Y 3 Pd 2 tan eficiente y estable es la incorporación exitosa de átomos de Pd activos en una red de electruro intermetálico. "Los sitios activos de Pd estabilizados en nuestra red cristalina resuelven los problemas de agregación y lixiviación que comúnmente han ocurrido en otros sistemas reportados hasta ahora", diceSí. "Esto hace que nuestro catalizador sea extremadamente robusto y estable para uso a largo plazo, sin desactivación".
La reutilización del catalizador hasta 20 ciclos y la relativa facilidad con la que se pueden recuperar los átomos de Pd representa un paso importante para lograr una mayor sostenibilidad en la industria química.
La idea de combinar itrio y paladio fue provocada por el trabajo de Jens Kehlet Nørskov, ahora en la Universidad de Stanford, dice Ye. En 2009, Nørskov y colaboradores publicaron descubrimientos innovadores sobre catalizadores hechos de platino aleado con metales de transición temprana, incluyendoitrio Desde entonces, muchos grupos han estado investigando nuevas combinaciones de compuestos intermetálicos que consisten en un metal de tierras raras y un metal de transición activo, con el objetivo de desarrollar catalizadores mucho más eficientes para la industria química.
A través de una serie de cálculos y estudios experimentales, Ye y su equipo demostraron que Y 3 Pd 2 tiene un fuerte efecto de donación de electrones asociado con una función de trabajo baja y una alta densidad de portadores, características que permiten que el catalizador trabaje con una energía de activación mucho menor que la de un catalizador de Pd puro.
Un desafío restante es la superficie relativamente baja de Y 3 Pd 2 . Para abordar este problema, el equipo utilizó una técnica de pulverización llamada molienda de bolas y comparó la actividad catalítica utilizando diferentes solventes como el heptano y el etanol. En todas las muestras investigadas hasta ahora, el equipo encontró que la velocidad de reacción de acoplamiento de Suzuki aumentóen proporción al aumento en el área de superficie. Estos resultados iniciales son "muy prometedores", dice Ye, sugiriendo que "el rendimiento catalítico podría mejorarse mediante una mayor nanocristalización".
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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