p (PhysOrg.com) - Nanopartículas de ouro e paládio (Au-Pd) podem levar a uma forma mais eficiente e ecológica de produzir benzoato de benzila, um composto químico amplamente utilizado na alimentação, indústrias farmacêuticas e químicas, cujas aplicações incluem um fixador para fragrâncias, um aditivo alimentar e um solvente para reações químicas. p O método mais comum de produção de benzoato de benzila é fazer reagir o ácido benzóico com o álcool benzílico. Também pode ser gerado a partir do benzaldeído. Todos os três materiais de partida são derivados de tolueno, um componente do petróleo bruto. A fabricação de álcool benzílico e benzaldeído requer o uso de halogênios e solventes ácidos, ao passo que o ácido benzóico é produzido por meio de uma reação catalisada por cobalto em fase líquida mais ecológica.

p Uma equipe de pesquisa liderada por Graham Hutchings, professor de química na Cardiff University em Wales, no Reino Unido, e Christopher Kiely, professor de ciência de materiais e engenharia em Lehigh, encontrou uma maneira de produzir benzoato de benzila diretamente do tolueno em um ambiente livre de solvente, processo de etapa única usando nanopartículas de Au-Pd para catalisar a reação.

p “Ao otimizar a razão Au-Pd na nanopartícula, bem como as condições de reação, conseguimos atingir taxas de conversão de mais de 95 por cento sem conversão em dióxido de carbono, ”Diz Hutchings.

p Brilhando uma luz sobre o tamanho da partícula e a atividade catalítica

p Os pesquisadores relataram sua descoberta em 14 de janeiro em Ciência revista em um artigo intitulado “Oxidação livre de solvente de ligações primárias de carbono-hidrogênio em tolueno usando nanopartículas de liga de Au-Pd”. O artigo foi coautor de Hutchings e Kiely e 10 outros pesquisadores, incluindo Ramchandra Tiruvalam, um Lehigh Ph.D. candidato a trabalhar com Kiely.

p Em vez de fazer os catalisadores por técnicas convencionais de impregnação de suporte, os pesquisadores escolheram uma rota de preparação que envolvia a imobilização de coloides Au-Pd usando carbono amorfo e suportes de óxido de titânio. Essa técnica oferece muito maior controle sobre o tamanho e a composição das partículas do que os métodos convencionais.

p Estudos de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) realizados por Tiruvalam revelaram que os tamanhos médios de partículas eram muito semelhantes, 3,3 nanômetros em carbono e 3,5 nm em óxido de titânio.

p “Apesar de ter uma distribuição de tamanho de partícula muito semelhante, as amostras de Au-Pd / carbono apresentaram aproximadamente o dobro da atividade catalítica das amostras de Au-Pd / óxido de titânio, ”Diz Kiely, que dirige o Laboratório de Nanocaracterização no Centro de Materiais Avançados e Nanotecnologia de Lehigh.

p “Isso sugere que as considerações simples da área de superfície do metal não estão dominando a atividade catalítica.”

p Alcançando estabilidade e capacidade de reutilização

p Usando o TEM com correção de aberração de Lehigh, Tiruvalam foi capaz de mostrar que as partículas eram de fato partículas de liga de Au-Pd, que aqueles no óxido de titânio eram altamente facetados e tendiam a formar uma interface plana com o suporte, e que as do carbono eram muito mais arredondadas.

p “A diferença na atividade catalítica pode estar relacionada às diferenças no número de bordas de baixo número de coordenação e sítios de canto disponíveis, ”Explica Kiely. “As partículas mais arredondadas 'mais ásperas' no suporte de carbono têm significativamente mais desses locais do que as partículas mais planas no suporte de óxido de titânio.”

p Em um conjunto final de experimentos, os pesquisadores foram capazes de demonstrar que os catalisadores Au-Pd / carbono não mostraram nenhuma perda de atividade após o uso e que houve pouca mudança na forma e no tamanho das partículas após longos períodos de reação.

p “É claro que esses catalisadores altamente ativos são estáveis ​​e reutilizáveis, ”Diz Kiely.