Nanokatalysator gør tungt arbejde af myresyre

Brint forekommer i naturen som H ₂ molekyler; Men når deuteriumisotoper - såkaldt "tung brint" - introduceres, resultatet kan være deuteriumhydrid (HD) eller deuteriumgas (D ₂ ). Disse forbindelser er nyttige udgangsmaterialer til finkemisk produktion; imidlertid, den naturlige overflod af disse gasser er lav, og de teknikker, der bruges til at producere D ₂ er dyre og energikrævende. Forskere fra Osaka University har nu udviklet en katalysator, der fremmer selektiv produktion af D ₂ og HD fra det billige udgangsmateriale myresyre i nærvær af D ₂ O. Deres resultater er offentliggjort i Naturkommunikation .

Myresyre (FA) har lav toksicitet, højt brintindhold, og er også billig og ikke brandfarlig, hvilket gør det til et attraktivt brintlagermateriale. Der er derfor gjort en betydelig indsats for at optimere anvendelsen af ​​FA som brintkilde. Imidlertid, tidligere rapporterede reaktioner for at producere deuteriumgasser fra FA har krævet den dyre deuteriumform af FA som udgangsmateriale og materialer med høj toksicitet. Ud over, brugen af ​​homogene processer, hvor katalysatoren og reaktanterne er den samme fase, har gjort indvindingen af ​​katalysatorerne udfordrende og dyr i stor skala.

Forskerne rapporterer om en heterogent katalyseret proces, hvor katalysatoren er en anden fase end reaktanterne, ved hjælp af en palladium-baseret legering nanokatalysator (PdAg). Katalysatoren er understøttet på et silicasubstrat modificeret med amingrupper, der fremmer reaktionen. Amingrupperne viste sig at være centrale for reaktionens levedygtighed, og der blev påvist en sammenhæng mellem basiciteten af ​​de anvendte amingrupper og selektiviteten af ​​reaktionen.

"Heterogent katalyserede processer er fordelagtige, da de reducerer behovet for udfordrende separationer, " Forfatter af studiet, Kohsuke Mori, forklarer. "Yderligere fordele ved vores proces er det omkostningseffektive myresyreudgangsmateriale og kontrollen over produktgassen, vi har demonstreret ved at indstille amingrupperne på katalysatoroverfladen. Vi viste også, at H/D-udvekslingsreaktionen, der fører til dannelsen af ​​hydrogenisotopgasserne, involverer en kvantetunneleffekt."

Molekyler, der indeholder deuterium i stedet for brint, er ekstremt nyttige forskningsværktøjer inden for kemi og biovidenskab på grund af deres særskilte egenskaber af deuteriumkerner sammenlignet med brintækvivalenter.

"Efterspørgslen efter deutererede produkter fortsætter med at stige, efterhånden som deres applikationer udvikles og bliver mere udbredt; derfor, det er vigtigt at gøre produktionen af ​​prækursorer mere tilgængelig, ", forklarer den tilsvarende forfatter Hiromi Yamashita. "Japan er især afhængig af importerede materialer, så vi håber, at vores katalysator vil føre til levedygtige lavprissystemer, der vil være i stand til at tilfredsstille den stigende globale efterspørgsel."

Artiklen, "Kontrolleret frigivelse af hydrogenisotopforbindelser og tunneleffekt i den heterogent katalyserede myresyredehydrogenering, " blev offentliggjort i Naturkommunikation .