O hidrogênio ocorre na natureza como H ₂ moléculas; no entanto, quando os isótopos de deutério - chamados de "hidrogênio pesado" - são introduzidos, o resultado pode ser hidreto de deutério (HD) ou gás deutério (D ₂ ) Esses compostos são materiais de partida úteis na produção de química fina; Contudo, a abundância natural desses gases é baixa e as técnicas utilizadas para a produção de D ₂ são caros e consomem muita energia. Pesquisadores da Universidade de Osaka desenvolveram agora um catalisador que promove a produção seletiva de D ₂ e HD a partir do ácido fórmico do material de partida barato na presença de D ₂ O. Suas descobertas são publicadas em Nature Communications .

O ácido fórmico (AF) tem baixa toxicidade, alto teor de hidrogênio, e também é de baixo custo e não inflamável, tornando-o um atraente material de armazenamento de hidrogênio. Um esforço significativo foi, portanto, dedicado a otimizar o uso de AF como fonte de hidrogênio. Contudo, As reações relatadas anteriormente para produzir gases de deutério a partir de AF exigiram a forma cara de deutério de AF como material de partida e materiais de alta toxicidade. Além disso, o uso de processos homogêneos, onde o catalisador e os reagentes são a mesma fase, tornou a recuperação dos catalisadores desafiadora e cara em grande escala.

Os pesquisadores relatam um processo catalisado de forma heterogênea, em que o catalisador é uma fase diferente dos reagentes, usando um nanocatalisador de liga à base de paládio (PdAg). O catalisador é apoiado em um substrato de sílica modificado com grupos amina que promovem a reação. Os grupos amina foram considerados centrais para a viabilidade da reação e uma correlação entre a basicidade dos grupos amina usados ​​e a seletividade da reação foi demonstrada.

"Os processos catalisados ​​heterogeneamente são vantajosos, pois reduzem a necessidade de separações desafiadoras, "O autor principal do estudo, Kohsuke Mori, explica." Outras vantagens de nosso processo são o material de partida de ácido fórmico de baixo custo e o controle sobre o produto gasoso que demonstramos ajustando os grupos amina na superfície do catalisador. Também mostramos que a reação de troca H / D que leva à formação dos gases isótopos de hidrogênio envolve um efeito de tunelamento quântico. "

Moléculas que contêm deutério no lugar de hidrogênio são ferramentas de pesquisa extremamente úteis em química e ciências da vida devido às suas propriedades distintas de núcleos de deutério em comparação com equivalentes de hidrogênio.

“A demanda por produtos deuterados continua aumentando à medida que suas aplicações são desenvolvidas e se tornam mais difundidas; portanto, é importante tornar a produção de precursores mais acessível, "O autor correspondente do estudo, Hiromi Yamashita, explica." O Japão, em particular, depende muito de materiais importados, portanto, esperamos que nosso catalisador leve a sistemas viáveis ​​de baixo custo que serão capazes de satisfazer a crescente demanda global. "

O artigo, "Liberação controlada de compostos de isótopos de hidrogênio e efeito de tunelamento na desidrogenação de ácido fórmico catalisada heterogeneamente, "foi publicado em Nature Communications .