Cientistas do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA descobriram um catalisador à base de carbono sem metal que tem o potencial de ser muito menos caro e mais eficiente para muitas empresas industriais, incluindo a fabricação de combustíveis fósseis e bio, eletrocatálise, e células de combustível.

Em sua forma mais fundamental, esses processos da indústria envolvem a divisão de fortes ligações químicas, como hidrogênio-hidrogênio, carbono-oxigênio, e ligações carbono-hidrogênio. Tradicionalmente, isso tem sido realizado com catalisadores que usam metais preciosos ou de transição, muitos deles caros e com pouca abundância natural - como platina e paládio.

Os cientistas realizaram experimentos com um tipo de catalisador heterogêneo, Carbonos de montagem de nitrogênio (NACs), em que o projeto e a colocação do nitrogênio na superfície do carbono influenciaram muito a atividade catalítica do material. Esses átomos de N em superfícies de carbono eram anteriormente considerados distantes um do outro, como a colocação próxima de átomos de N é termodinamicamente instável.

A equipe no Ames Lab correlacionou os precursores de N e a temperatura de pirólise para a síntese de NACs com a distribuição de N e descobriu que conjuntos N metaestáveis ​​podem ser feitos por projeto e entregar reações catalíticas inesperadas. Essas reações incluem hidrogenólise de éteres arílicos, desidrogenação de etilbenzeno e tetrahidroquinolina, e hidrogenação de funcionalidades insaturadas comuns (como a cetona, alceno, alcino, e grupos nitro). Além disso, os catalisadores NACs são robustos com seletividade e atividade consistentes para reações de fase líquida e gasosa sob alta temperatura e / ou pressão.

"Descobrimos que a forma como o nitrogênio foi distribuído na superfície desses NACs realmente importava, e no processo percebi que este era um tipo inteiramente novo de atividade química, "disse o cientista associado do Ames Laboratory Long Qi.

"A descoberta deve permitir aos cientistas projetar conjuntos de nitrogênio capazes de realizar transformações químicas mais sofisticadas e desafiadoras sem a necessidade de metais de transição", disse o cientista do Ames Laboratory Wenyu Huang. "Isso se aplica amplamente a muitos tipos diferentes de conversões químicas e indústrias."