Un químico de la RUDN ha desarrollado catalizadores de tipo nano'flores' de grafeno

Un químico de la RUDN (Rusia) y sus colegas de Irán han desarrollado una nueva estrategia para obtener catalizadores porosos huecos para la reacción de acoplamiento de Heck. Estos catalizadores se caracterizan por una estructura similar a una flor. Consisten en grafeno, en cuya superficie se depositan hidróxidos de aluminio-cobalto en capas y nanopartículas de paladio. El material obtenido reduce 10 veces el tiempo de síntesis de la sustancia necesaria para obtener colorantes, trans-estilbeno, sin reducir el rendimiento del producto objetivo. Los catalizadores desarrollados se pueden emplear en la síntesis estereoselectiva en productos farmacéuticos, la producción de colorantes orgánicos y en la agroquímica. Los resultados fueron publicados en la revista Catalysis Letters.

Para crear colorantes, herbicidas y medicamentos, se utiliza la reacción de Mizoroki-Heck, en la que el paladio sirve como catalizador. Los catalizadores generalmente se combinan con hidróxidos de aluminio y cobalto de doble capa para aumentar la actividad catalítica del paladio. Pero la conductividad eléctrica baja, falta de la estabilidad mecánica y el corto ciclo de vida de estos hidróxidos limitan su uso. El científico de la RUDN ha vencido estos obstáculos al introducir óxido de grafeno en la estructura del catalizador. Los átomos de nitrógeno y azufre en la superficie del grafeno aumentan la fuerza de enlace con las nanopartículas de paladio. El grafeno puede ser un portador ideal para el paladio y los hidróxidos de cobalto y aluminio debido a su gran área superficial, estabilidad química y conductividad eléctrica alta.

Rafael Luque, Director del Centro de Investigación para el Diseño Molecular y Síntesis de Compuestos Innovadores para la Medicina en la Universidad RUDN, y sus colegas, primero obtuvieron el óxido de grafeno mediante oxidación. Luego, utilizando sales de cobalto y aluminio, sintetizaron esferas huecas con una estructura similar a una flor. Después de hacerlo, introdujeron átomos de azufre y nitrógeno en ellos a alta temperatura y presión. Los investigadores sintetizaron el catalizador objetivo reduciendo los compuestos de paladio en los poros de las esferas huecas obtenidas. Investigaron la actividad catalítica calentando el catalizador con estireno y derivados aromáticos de cloro, bromo y yodo.

(Foto: RUDN)

Los investigadores revelaron una actividad catalítica alta en las esferas porosas obtenidas con el rendimiento de trans-estilbeno, el producto de reacción objetivo, hasta el 95% durante 2 horas de la reacción en condiciones de síntesis suaves. Los autores también encontraron que los derivados de yodo reaccionaban más rápido que los derivados de bromo y cloro similares. El catalizador mostró la capacidad de reaccionar después del uso repetido ocho veces, lo que indica su estabilidad alta. Los catalizadores previos para la reacción de acoplamiento de Heck mostraban valores de rendimiento más bajos del 62% al 91%, o requirían una temperatura y un tiempo de reacción elevados. Rafael Luque y sus colegas han demostrado las perspectivas de crear catalizadores de paladio huecos estables con una estructura similar a una flor y el papel positivo del grafeno dopado por azufre y nitrógeno en un sustrato de óxidos de aluminio cobalto. (Fuente: RUDN)