En busca de los "santos griales" de la catálisis
Evaluación de los últimos avances en el uso de catalizadores monoatómicos para cinco reacciones del "santo grial
En el campo de la catálisis, el término reacciones del "santo grial" se refiere a aquellas reacciones que tienen un importante valor científico, económico y de sostenibilidad medioambiental para el futuro de la humanidad. Estas reacciones aprovechan recursos abundantes y fácilmente disponibles en la Tierra, como el metano (CH4), el agua (H2O), el dióxido de carbono (CO2) y el nitrógeno (N2), para producir diversos productos químicos valiosos. A pesar de su importancia, estas reacciones suelen adolecer de bajas tasas de conversión y escasa selectividad debido a la inercia química de los reactivos y a la reactividad relativamente alta de los productos. El desarrollo de nuevos catalizadores que reduzcan la barrera de la energía de activación sigue siendo un gran reto.
Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur y del Instituto de Física Química de Dalian (CAS) publicaron una perspectiva en la que se evalúan los avances recientes en el uso de catalizadores monoatómicos (SAC) estructuralmente bien definidos para varias reacciones del "santo grial", como la conversión oxidativa y no oxidativa del metano, la fotosíntesis artificial y la activación del nitrógeno. Se discuten los avances prometedores y los retos pendientes en el uso de los SAC para estas valiosas reacciones a través de la catálisis térmica, eléctrica e impulsada por la luz. También se destaca el importante potencial de desarrollo futuro de los SAC.
Chinese Journal of Catalysis
Los catalizadores monoatómicos (SAC), que contienen átomos metálicos parcialmente cargados con estructuras bien definidas y sintonizables, representan una prometedora clase de catalizadores heterogéneos. El desarrollo de nuevos SAC no sólo puede mejorar la eficiencia de utilización atómica de los metales activos, sino también promover una comprensión más profunda de los mecanismos de reacción y de las relaciones estructura-actividad. En los últimos años, los SAC emergentes se han adoptado en aquellas reacciones desafiantes del "santo grial", con el objetivo de mejorar la conversación y la selectividad y/o permitir condiciones de reacción más suaves.
En este contexto, el profesor Ning Yan (Universidad Nacional de Singapur), el profesor Tao Zhang (Instituto de Física Química de Dalian, CAS) y sus colaboradores publicaron una perspectiva que evalúa las últimas aplicaciones de las SAC en cinco reacciones del "santo grial": oxidación parcial del metano a metanol, acoplamiento no oxidativo del metano, división fotocatalítica del agua, reducción fotocatalítica delCO2 y reducción del nitrógeno. Los SAC con sitios metálicos monoatómicos estructuralmente bien definidos poseen estructuras geométricas y electrónicas especiales, que interactúan con moléculas inertes y regulan con precisión el proceso de conversión, logrando una producción selectiva del producto objetivo. Algunos SAC están compuestos por un soporte definido a nivel molecular y entornos de coordinación unificados, que actúan como catalizadores modelo ideales para estudios mecanísticos en profundidad cuando se combinan con técnicas espectroscópicas avanzadas y cálculos DFT. Mientras tanto, nuevos materiales catalíticos como los catalizadores multisitio, que contienen dos sitios monoatómicos con diferentes estructuras de coordinación, o un sitio monoatómico y otros sitios no monoatómicos, pueden facilitar la activación de múltiples especies, induciendo efectos promocionales sinérgicos a la reacción.
Se esbozan posibles direcciones futuras para este campo. Entre ellas se incluyen la exploración de los mecanismos y las relaciones estructura-actividad, el aprovechamiento de la tecnología de la información avanzada para el cribado eficaz de catalizadores, el diseño de nuevos sitios catalíticos para ampliar el ámbito de aplicación de los materiales catalíticos y la mejora de la estabilidad de los SAC en condiciones de trabajo.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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