Cercetătorii găsesc o soluție pentru a folosi mai eficient ruteniul în catalizatori
Ruteniul este un metal prețios și rar, folosit pe scară largă în catalizatori pentru accelerarea reacțiilor chimice din numeroase procese industriale. Pentru că resursele sunt limitate și costurile ridicate, oamenii de știință caută metode prin care fiecare atom de metal să fie valorificat cât mai bine. O abordare promițătoare este utilizarea atomilor individuali de ruteniu în locul particulelor metalice mai mari, ceea ce permite ca o proporție mai mare din metal să ia parte la reacții. Problema este că, atunci când cantitatea de ruteniu crește, atomii au tendința să se aglomereze, ceea ce le reduce eficiența.
Pentru a rezolva această dificultate, o echipă de cercetători de la Universitatea Tohoku, împreună cu specialiști de la Universitatea Tsukuba, Universitatea Kyoto și Universitatea Osaka, a dezvoltat o metodă nouă de producere a catalizatorilor cu atomi unici de ruteniu. Rezultatele au fost publicate în revista Angewandte Chemie International Edition.
Molecule proiectate pentru a ține atomii separați
Potrivit profesorului asociat Takeharu Yoshii, de la Institutul Avansat pentru Știința Materialelor din cadrul Universității Tohoku, catalizatorii cu atomi unici permit o utilizare mai bună a metalelor valoroase, dar concentrațiile mari de ruteniu duc la lipirea atomilor. Echipa a conceput molecule cu o structură mai flexibilă decât cele folosite în metodele anterioare, astfel încât să poată găzdui mai bine atomii de ruteniu. Prin încălzirea acestor molecule, cercetătorii au obținut un material carbonic poros și ordonat, care menține atomii de ruteniu separați.
Metoda a permis atingerea unui conținut de ruteniu de până la 11% din greutate, comparativ cu mai puțin de 2% în catalizatorii convenționali cu atomi unici de ruteniu.
Selectivitate ridicată și durabilitate
Echipa a testat apoi capacitatea noului catalizator de a transforma dioxidul de carbon, un gaz dăunător, în acid formic, o materie primă valoroasă pentru multe industrii. Catalizatorul a atins o selectivitate de peste 99%, ceea ce înseamnă că s-au format foarte puține produse secundare nedorite. Chiar și după utilizări repetate, performanța a rămas ridicată, fără semne de aglomerare a atomilor de metal sau de deteriorare a structurii carbonice.
Cercetătorii consideră că această metodă ar putea ajuta la dezvoltarea unor catalizatori mai eficienți, folosind mai bine resursele limitate de metal. Ca pas următor, echipa intenționează să exploreze dacă aceeași abordare poate fi aplicată și altor metale prețioase, precum platina, paladiul și iridiul.
