A análise usando microscopia eletrônica de transmissão de varredura de campo escuro anular de alto ângulo (HAADF-STEM) revelou:(a) manchas de rutênio pequenas e planas em um grande domínio e (b) o espaçamento da rede correspondente ao das nanopartículas de rutênio cúbico de face centrada . Crédito:Ciência Química
Cientistas no Japão e na Índia desenvolveram um produto reutilizável, catalisador de alto desempenho baseado em nanopartículas de rutênio de forma plana (Ru-NP) para a produção de produtos químicos valiosos. Devido à sua durabilidade demonstrada, o catalisador pode ser amplamente utilizado na produção em grande escala de muitos tipos de corantes, detergentes, agroquímicos e farmacêuticos.
Um estudo liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) mostrou que mudanças em nanoescala na estrutura da superfície podem melhorar muito o desempenho dos catalisadores de metal usados na produção de aminas primárias, uma importante classe de compostos na indústria química.
Os pesquisadores desenvolveram um catalisador à base de rutênio composto por um grande número de facetas atomicamente ativas em suas superfícies planas.
Em comparação com os catalisadores suportados por metal convencionais, o novo catalisador, com sua estrutura de superfície altamente ativa, alcançou um turnover catalítico esmagadoramente alto.
O estudo envolveu a comparação de quão bem diferentes tipos de catalisadores de metal podem converter furfural derivado de biomassa em furfurilamina. Isso serviu como um modelo de reação para aminação redutiva, o principal processo usado para produzir aminas primárias.
O novo catalisador exibiu uma frequência de rotação de 1850 por hora. Esta figura representa um aumento de seis vezes na eficiência em relação a um catalisador com suporte de metal (RU / NB 2 O 5 ) desenvolvido anteriormente por alguns dos mesmos membros da equipe, incluindo Michikazu Hara e Keigo Kamata no Instituto de Pesquisa Inovadora da Tokyo Tech.
"Para o melhor de nosso conhecimento, o catalisador Ru-NP exibiu a maior frequência de turnover entre os catalisadores de metal relatados até agora para a aminação redutiva de furfural para produzir furfurilamina, "a equipe escreve em seu estudo publicado em Ciência Química .
Outros experimentos para testar a reutilização do novo catalisador para a aminação redutiva de furfural não mostraram "nenhuma diminuição perceptível na atividade, mesmo depois de quatro reutilizações, "dizem os pesquisadores, destacando a robustez do catalisador.
O segredo por trás do desempenho excepcional do catalisador está em sua estrutura e forma distintas. Usualmente, Ru tem uma estrutura hexagonal compacta que limita o desempenho catalítico. Em contraste, o novo catalisador tem uma alta proporção da chamada forma plana, nanopartículas de rutênio cúbicas centradas na face prístinas na superfície, que servem como sítios ativos com fraca capacidade de doação de elétrons. É esta característica considerada crítica para permitir a aminação redutiva eficiente e seletiva de vários compostos de carbonila.
Além de facilitar a produção de aminas derivadas de biomassa, o novo catalisador também pode ajudar a atender às demandas da indústria de química fina em geral.
