Catalizzatori nanocompositi eterogenei con nanostrutture di renio per la riduzione catalitica di 4

Jun 04, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 6228 (2022) Citare questo articolo

1303 accessi

4 citazioni

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Nanocatalizzatori eterogenei stabili ed efficienti per la riduzione del 4-nitrofenolo (4-NP) hanno attirato molta attenzione negli ultimi anni. In questo contesto, viene utilizzato un approccio in situ unico ed efficiente per la produzione di nuovi nanocompositi polimerici (pNC) contenenti nanostrutture di renio (ReNS). Questi materiali rari dovrebbero facilitare la decomposizione catalitica del 4-NP, garantendo a loro volta una maggiore attività catalitica e stabilità. Questi nanomateriali sono stati analizzati utilizzando la spettroscopia infrarossa a trasformazione di Fourier (FT-IR), la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e la diffrazione di raggi X su polveri (XRD). L'efficienza della reazione catalitica è stata stimata sulla base degli spettri UV-Vis acquisiti, che hanno consentito la stima dell'attività catalitica utilizzando modelli di pseudo-primo ordine. Il metodo applicato ha portato alla produzione di successo e al caricamento efficiente di ReNS nelle matrici polimeriche. Le funzionalità amminiche hanno svolto un ruolo primario nel processo di riduzione. Inoltre, la funzionalità derivata dall'1,1′-carbonil imidazolo ha migliorato la disponibilità dei ReNS, che ha comportato una conversione del 90% di 4-NP con una costante di velocità massima di 0,29 min−1 su 11 cicli catalitici successivi. Questo effetto è stato osservato nonostante la presenza di tracce di Re nei pNC (~ 5%), suggerendo un effetto sinergico tra la base polimerica e il catalizzatore a base di ReNS.

A causa delle proprietà uniche del gruppo –NO2, i composti nitroaromatici (NAR) fungono da elementi chiave per la produzione di prodotti della chimica fine. Ciò rende i NAR il più grande gruppo di sostanze chimiche utilizzate su scala industriale1,2,3,4. Inoltre, ogni giorno vengono rilevate grandi quantità di NAR negli scarichi dei motori diesel. Queste significative fonti di rifiuti rendono i NAR uno dei maggiori rischi per l’ambiente e la salute, poiché secondo l’Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC), i NAR contribuiscono in modo significativo al rischio di cancro ai polmoni, alla vescica e al pancreas e, in caso di bambini, anche tumori del tratto urinario e di origine neurologica5,6.

Il metodo più popolare per neutralizzare i NAR è la riduzione diretta dei gruppi –NO2 in –NH2. Un simile approccio è molto conveniente, poiché le ammine aromatiche (AMM) sono cruciali per la produzione, ad esempio, di prodotti farmaceutici su larga scala7,8. Tuttavia, affinché ciò avvenga, la riduzione richiede un catalizzatore e, come tale, l’applicazione di nanostrutture metalliche (NS) come catalizzatori è particolarmente importante9. Gli NS consentono di effettuare l'efficace riduzione dei NAR in AAM in condizioni blande. Ciò ha reso i nanocatalizzatori (NCats) delle NS una delle direzioni scientifiche più importanti [9, 10, 49]. Ad oggi, la riduzione dei NAR è stata testata su vari NCat, tra cui AuNS, AgNSs10, PtNS e PdNSs11,12. Sulla base di questa ricerca, i PtNS e i PdNS offrono un'attività straordinaria e unica, portando alla completa riduzione dei NAR, anche in tracce degli NCat11,12. Pertanto, si prevede che il nanomateriale (NM) appena conosciuto: gli NS di renio (ReNS) potrebbero aumentare significativamente l'attività catalitica degli NCat verso la riduzione dei NAR. La letteratura e la pratica forniscono numerose applicazioni high-tech del Re in settori quali l'industria aerospaziale, nucleare e petrolchimica. Metallic Re è indispensabile nei processi catalitici legati all'aumento del numero di ottano delle benzine commerciali, nonché nelle sintesi Fisher–Tropsh e dell'ammoniaca13,14,15,16. La letteratura dimostra inoltre che gli NCat dei ReNS hanno sovraperformato i catalizzatori PGM nella decomposizione di 4-nitroanilina17, nitrobenzene, 4-nitrofenolo, 2-nitroanilina, 2,4-dinitrofenolo e 2,4,6-trinitrofenolo18. In questo contesto, nei nostri lavori precedenti abbiamo rivelato un'attività catalitica superiore di NCat omogenei19 ed eterogenei20 con ReNS verso la riduzione di 4-nitrofenolo e 4-nitroanilina. Tuttavia, i ReNS sono difficili da ottenere. La letteratura scientifica mondiale fornisce solo pochi resoconti sulla produzione di ReNS. Ciò include la sintesi con iniezione a caldo di Co-ReNS21 e anche la produzione di ReNS utilizzando approcci di deposizione laser pulsata22, elettrodeposizione23, radiazione gamma24 e deposizione di vapori chimici25. Recentemente, abbiamo proposto due nuovi approcci per la sintesi di NM basati su Re. Ciò includeva l'applicazione di sistemi di scarica di reazione19 nonché l'adsorbimento con riduzione accoppiata sulle funzionalità amminiche di una resina a scambio anionico20,26.