Combinación "mágica" para una hidrogenación más eficaz
La actividad de esta combinación "mágica" fue una verdadera sorpresa
El hidrógeno (H2) es la molécula química más pequeña y un faro de esperanza para una transición energética más ecológica en los próximos años. Además, ya se utiliza en diversos procesos industriales -las llamadas hidrogenaciones- para la producción ecológica de productos químicos. Para utilizar el hidrógeno tanto en la producción de energía como en las hidrogenaciones, es necesario activar selectivamente el enlace hidrógeno-hidrógeno, relativamente estable, y permitir que siga reaccionando. Estos procesos moleculares requieren catalizadores, que suelen basarse en metales preciosos caros y comparativamente raros, como el platino, el paladio o el rodio.
Imágenes TEM y HRTEM del catalizador Fe/Fe-O@SiO2. Fila superior: distribución de las nanopartículas de Fe. Fila central: Nanopartícula estructurada con núcleo de Fe/FeO. Fila inferior: Mapa elemental [hierro (Fe), sílice (Si) y oxígeno (O)].
Vishwas Chandrashekhar, LIKAT
En una colaboración de investigación entre el Instituto Leibniz de Catálisis (LIKAT) de Rostock (Alemania) y el Centro Regional de Tecnologías y Materiales Avanzados (RCPTM) de la Universidad Palacký de Olomouc (República Checa), se han podido desarrollar materiales catalizadores mucho más sencillos, basados en hierro y dióxido de silicio (arena) de bajo coste, que pueden utilizarse para llevar a cabo diversas reacciones de hidrogenación, para la producción de productos intermedios para plaguicidas, ingredientes farmacéuticos activos y plásticos, de forma mucho más eficiente.
Para ello, Vishwas Chandrashekhar, estudiante de doctorado del grupo del profesor Matthias Beller y del profesor Jagadeesh Rajenahally en el LIKAT, ha producido un gran número de catalizadores nanoestructurados a base de hierro que sólo desarrollan su actividad real en presencia de compuestos de aluminio baratos. La actividad de esta combinación "mágica" fue una auténtica sorpresa. Posteriormente, científicos checos dirigidos por el profesor Radek Zboril en el renombrado RCPTM lograron caracterizar sistemáticamente los nuevos materiales mediante técnicas analíticas de última generación.
El catalizador de hierro óptimo con la designación técnica Fe/Fe-O@SiO2 es un material nanoestructurado bien definido que tiene una estructura denominada fayalita en la interfaz entre el dióxido de silicio y el hierro. La fayalita es un mineral de silicato de hierro poco frecuente y de origen natural. Otra característica especial del catalizador desarrollado son las nanopartículas de α-Fe en esta interfaz. Estas nanopartículas están rodeadas por una capa de óxido de hierro(III) amorfo ultrafino, es decir, "óxido", que prácticamente crece fuera de la estructura de sílice.
Los científicos de Rostock y Olomouc creen que su trabajo tendrá un impacto significativo en los esfuerzos mundiales por encontrar catalizadores de hidrogenación de bajo coste, y que abrirá nuevas puertas para utilizar catalizadores nanoestructurados a base de hierro en otras hidrogenaciones difíciles.
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Publicación original
Vishwas G. Chandrashekhar, Thirusangumurugan Senthamarai, Ravishankar G. Kadam, Ondřej Malina, Josef Kašlík, Radek Zbořil, Manoj B. Gawande, Rajenahally V. Jagadeesh & Matthias Beller; "Silica-supported Fe/Fe–O nanoparticles for the catalytic hydrogenation of nitriles to amines in the presence of aluminium additives"; Nature Catalysis, 2022
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