Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech han demostrado que los átomos de platino individuales atrapados en los cristales C12A7 actúan como un catalizador estable y efectivo para la hidrogenación de nitroarenos, un proceso esencial en la producción de muchos tipos de productos químicos finos.podría convertirse en una ruta versátil para desarrollar otros catalizadores de un solo átomo para aplicaciones industriales de gran alcance.
Los catalizadores de un solo átomo SAC están en camino de convertirse en catalizadores de ensueño, que exhiben un rendimiento excelente basado en el uso optimizado de átomos de metal. Muchos equipos de investigación en todo el mundo han estado trabajando para avanzar en el desarrollo escalable de los SAC desde quefueron propuestas por primera vez por Tao Zhang y sus colegas en China y los EE. UU. en 2011.
Ahora, en un estudio de prueba de concepto que abre la puerta al desarrollo de una nueva gama de SAC, los investigadores de Tokyo Tech han diseñado y probado un catalizador compuesto de átomos de platino individuales atrapados en C12A7, un cristal nanoporoso ampliamente utilizadoen la producción de cemento aluminoso.
La estructura interna de los cristales C12A7 es "del tamaño justo" para atrapar átomos de un solo metal, dicen los investigadores en su artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
"Nuestro enfoque es más bien como una estrategia de 'diamante en un anillo', donde la cavidad superficial de C12A7 puede considerarse como un anillo, y el átomo de platino único se fija en el anillo como un diamante", dice primeroautor Tian-Nan Ye en el Centro de Investigación de Materiales de Tokyo Tech para Element Strategy.
Ye explica que C12A7 tiene una estructura de estructura cargada positivamente compuesta de doce jaulas de tamaño sub nanométrico, cada una con un diámetro interno de alrededor de 0.4 nanómetros, un tamaño adecuado para capturar átomos metálicos individuales. Cada jaula tiene una carga positiva de +1/3, y las cavidades superficiales tienen una 'boca' abierta que puede atrapar átomos metálicos individuales a través de la interacción electrónica.
Se ha demostrado que el catalizador es altamente estable y activo para la hidrogenación selectiva de nitroarenos, un proceso importante que se usa a menudo en las industrias de tintes y polímeros. Tiene una frecuencia de rotación más alta hasta 25772 por hora que la del platino.catalizadores de base no compatibles con C12A7. Sorprendentemente, el nuevo catalizador incluso funciona a temperaturas de hasta 600 ° C.
Con base en estos resultados prometedores, los investigadores investigaron si el efecto de captura podría funcionar con otros metales. Como predijeron, C12A7 también fue capaz de capturar átomos individuales de rutenio y rodio, lo que indica que su estrategia sería aplicable a varios metales de transición.
"Nuestros hallazgos abren innumerables puertas para desarrollar nuevos tipos de SAC para diferentes procesos catalíticos", dice Ye. Debido a su excepcionalmente alta estabilidad térmica, el soporte C12A7 podría soportar condiciones más duras involucradas en otros procesos industrialmente importantes como el amoníacosíntesis y reducción de CO2.
Ye señala que el desarrollo de SAC no se puede separar de la exploración de nuevos materiales. Esta es una razón clave por la cual el grupo del profesor Hideo Hosono en Tokyo Tech está en una posición única para ser pionero en la investigación de SAC, dice, basándose en unserie de logros, incluido el desarrollo de nuevos semiconductores, un superconductor a base de hierro y el primer electruro estable a temperatura ambiente.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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