Los catalizadores de un solo átomo transforman la hidrogenación, mejorando la producción de alimentos y combustibles
Palladium catalizador de un solo átomo. Crédito: Zhenxing Feng, Universidad Estatal de Oregon
Una reacción química que es vital para una variedad de bienes comerciales e industriales pronto se puede iniciar de manera más efectiva y menos costosa gracias a una colaboración que incluía investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Estatal de Oregon.
El estudio, publicado en la naturaleza, implica la hidrogenación, que agrega la molécula de hidrógeno diatómico, H2, a otros compuestos.
“La hidrogenación es una reacción crítica y diversa utilizada para crear productos alimenticios, combustibles, productos químicos de productos básicos y productos farmacéuticos”, dijo Zhenxing Feng, profesor asociado de ingeniería química. “Sin embargo, para que la reacción sea económicamente viable, se requiere un catalizador como el paladio o el platino para aumentar su velocidad de reacción y, por lo tanto, un costo más bajo”.
Feng, los estudiantes de doctorado de OSU Alvin Chang y Mason Lyons e investigadores de cuatro instituciones en China se sumergieron profundamente en catalizadores de un solo átomo; Un catalizador es cualquier cosa que acelera la velocidad de una reacción química sin ser consumida por la reacción, y un catalizador de un solo átomo es aquel en el que existen los sitios catalíticos metálicos como átomos individuales aislados en un sustrato de soporte.
“Los SAC son una estrella en ascenso entre los catalizadores de hidrogenación y demuestran excelentes actividades catalíticas en comparación con los catalizadores de nanopartículas”, dijo Feng. “Las interacciones entre el catalizador de metales y el material de soporte conducen a sinergias únicas que mejoran la actividad catalítica y la estabilidad, pero no se había entendido la razón de este rendimiento mejorado”.
En un proyecto dirigido por colaboradores en la Academia de Ciencias de China y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, los investigadores crearon y caracterizaron 34 SACS de Palladium en 14 apoyos de semiconductores.
Las técnicas avanzadas de rayos X, infrarrojos y de caracterización electroquímica mostraron que la efectividad de los SAC dependía de qué tan bien un sustrato pudiera aceptar electrones, una conexión que era consistente y predecible.
“Las habilidades catalíticas de los sacos de paladio tienen una relación lineal universal con la posición orbital molecular de sus sustratos de apoyo”, dijo Feng. “Esto abre una nueva vía para la detección de pares de soporte de metal para una alta actividad y estabilidad. También descubrimos que esta posición orbital molecular puede ajustarse reduciendo el tamaño de partículas de soporte, lo que lleva a SACS con actividades récord y excelentes estabilidades”.
Para este estudio, los investigadores analizaron la semihidrogenación de acetileno en exceso de etileno, un proceso industrial común. En la hidrogenación, las moléculas de hidrógeno se agregan a enlaces insaturados en compuestos orgánicos, convirtiéndolas en compuestos saturados. Por ejemplo, la hidrogenación se usa para convertir los aceites vegetales, que son grasas insaturadas, en margarina y acortamiento.
La hidrogenación también es importante para la refinación de productos derivados del petróleo, incluida la conversión de alquenos como el etileno en álcanes para hacer combustibles más limpios como propano y butano.
Más información: Junling Lu, interacciones orbitales fronterizas de soporte metálico en catálisis de un solo átomo, naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41586-025-08747-z. www.nature.com/articles/s41586-025-08747-z
Proporcionado por la Universidad Estatal de Oregon
Cita: los catalizadores de un solo átomo transforman la hidrogenación, mejorando la producción de alimentos y combustibles (2025, 4 de abril) recuperado el 4 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-atom-catalysts-hidrogenation-food-fuel.html
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