Os principais componentes do petróleo e do gás natural são os hidrocarbonetos e suas misturas, indispensáveis como recursos de sustentação de infraestrutura moderna como matéria-prima para a indústria petroquímica. Uma técnica convencionalmente usada para criar produtos químicos benéficos a partir de hidrocarbonetos é o uso de uma grande quantidade de peróxidos metálicos em solventes orgânicos perigosos para oxidar compostos de hidrocarbonetos.
Para usar os recursos de forma eficaz e reduzir o impacto ambiental, A oxidação catalítica limpa sem solventes usando o oxigênio do ar tem sido um tema de pesquisa popular nos últimos anos. A pesquisa de nanopartículas de metais nobres com suporte em materiais de carbono porosos ou óxidos metálicos são especialmente prevalentes, e são vistos como catalisadores promissores. Os elementos vitais que determinam a reatividade de tais catalisadores heterogêneos são a forma, Tamanho, e composição metálica das nanopartículas metálicas. Partículas menores que 2 nm são importantes para novos catalisadores de alto desempenho, uma vez que a redução do diâmetro da partícula de catalisador não só aumenta a razão de área superficial, mas muda muito o estado dos elétrons na superfície dos metais, por sua vez, mudando muito a reatividade. Contudo, encontrar um método de sintetizar essas pequenas nanopartículas metálicas enquanto controla o diâmetro e a composição é um desafio.
Visão geral
O grupo de pesquisa liderado por Kimihisa Yamamoto do Instituto de Tecnologia de Tóquio desenvolveu um método de síntese de nanopartículas microscópicas de liga usando dendrímeros moleculares ramificados desenvolvidos no Projeto Híbrido Atom Yamamoto no programa ERATO. Moléculas chamadas dendrímeros têm uma estrutura de ramificação regular com apenas um peso molecular definido, embora sejam classificados como macromoléculas. O grupo de pesquisa implementou muitos locais de coordenação para a formação de íons metálicos e complexos. Ao usar um dendrímero com esses locais de coordenação como um modelo para a nanopartícula, o grupo conseguiu sintetizar uma nanopartícula com um número controlado de átomos.
Avançar, eles avaliaram a atividade dessa nanopartícula de liga como um catalisador de oxidação para hidrocarbonetos sob pressões comuns ao usar o oxigênio do ar como agente oxidante. Eles descobriram que sua atividade era 24 vezes maior do que a dos catalisadores comercialmente disponíveis para a oxidação de compostos orgânicos. Eles também descobriram que, ao adicionar uma quantidade catalítica de hidroperóxido orgânico, este catalisador promove a oxidação de hidrocarbonetos em aldeídos e cetonas sob temperaturas e pressões normais. Avançar, comparando as mudanças na atividade devido aos catalisadores de liga de diferentes composições metálicas e examinando a composição e outras características dos intermediários, cetonas e hidroperóxidos orgânicos, o grupo pôde observar o processo de promoção da reação devido à formação de liga do catalisador.
Desenvolvimento futuro
O conhecimento adquirido com essa pesquisa pode contribuir para as diretrizes de projeto para novos catalisadores de alto desempenho. O método de síntese de nanopartículas de liga desenvolvido nesta pesquisa pode ser utilizado de forma geral e aplicado a outros metais. Por esta razão, esta pode ser a tecnologia que descobre a reatividade de outras nanopartículas microscópicas de liga. Mais estudos são necessários sobre o aumento da atividade catalítica na interface do cobre e outros metais nobres nas transformações oxidantes de outros compostos orgânicos, não apenas a oxidação de hidrocarbonetos. A aplicação está prevista para materiais de alto desempenho de próxima geração em campos tão diversos como ótica, eletrônicos, e energia.
