A fabricação de produtos químicos para processos industriais muitas vezes exige que os cientistas usem um catalisador - uma substância que acelera uma reação química, reduzindo a quantidade de energia necessária para fazer produtos diferentes.

Os cientistas há muito consideram o paládio, um metal precioso intimamente relacionado à platina, um catalisador estrela devido à sua natureza altamente ativa. Contudo, porque o paládio é tão caro, os cientistas têm procurado maneiras de substituir a maior parte do paládio envolvido em certos catalisadores por outro metal.

Em um novo estudo do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, os cientistas identificaram outro ator elementar que ajuda a ativar o paládio, enquanto reduz a quantidade de metal precioso necessária para que as reações ocorram.

Ao combinar uma quantidade menor de paládio com níquel em uma formação de nanopartículas de ferro, uma equipe de pesquisa liderada pelo químico de Argonne Max Delferro e seu colega Bruce Lipshutz, um professor de química da Universidade da Califórnia-Santa Bárbara, projetou um sistema barato e eficiente que reduziu grupos nitro-aril a aminas, um grupo químico importante em produtos químicos agrícolas e na indústria farmacêutica.

"Embora esta via de redução seja bem conhecida e tenha havido diferentes métodos para fazer isso no passado, um dos maiores problemas é que os catalisadores não são suficientemente seletivos, "Delferro disse." O paládio é um metal muito seletivo, mas precisamos usar uma pequena quantidade para manter sua alta seletividade e sua alta atividade. "

Em seu esforço para "esticar o paládio o máximo que puder, “Delferro e Lipshutz espalharam o paládio nas nanopartículas de ferro de uma forma que maximizou o número de sítios ativos onde os átomos de paládio poderiam interagir com grupos nitro-aril.

Sem níquel, esses pequenos aglomerados de paládio tendem a se agrupar, perder área de superfície disponível e, como consequência, sites ativos. O níquel, Contudo, evita que os preciosos aglomerados de paládio se liguem uns aos outros, mantendo-os altamente dispersos.

"Você pode pensar nisso como ter ímãs em uma caixa de areia, "Delferro disse." Quando a caixa de areia está vazia, se você sacudir a caixa de areia, os ímãs tendem a se unir. Mas se houver areia na caixa de areia, os ímãs permanecerão presos e não poderão se mover uns para os outros. "

Para realmente observar o arranjo, Delferro e sua equipe usaram a fonte avançada de fótons de Argonne, um DOE Office of Science User Facility. Em seu experimento, os pesquisadores de Argonne monitoraram o catalisador sob condições reais de reação e observaram aglomeração de paládio na versão do catalisador que não continha níquel.

Em versões do catalisador que continham níquel, essas interações aglomeradas não aconteceram, e o paládio ficou disperso.

Os resultados do estudo derivam de uma colaboração entre a Novartis, que iniciou o projeto; a Universidade da Califórnia-Santa Bárbara, a instituição que sintetizou o catalisador; e Argonne, que o caracterizou na APS. Esses resultados são relatados em artigo publicado em 8 de dezembro em Química verde , intitulado "Efeitos sinérgicos em nanopartículas de Fe dopadas com níveis de ppm de (Pd + Ni). Um novo catalisador para a redução sustentável do grupo nitro."