Strutture in nano-scala porose come catalizzatori
I polimeri porosi hanno generato una quantità impressionante di interesse per l’utilizzo in applicazioni di separazione del gas, accumulo energetico e catalisi. Consentono la produzione di materiali multifunzionali con architetture porose gerarchiche, utilizzando la consolidata e semplice lavorazione dei polimeri. Gli scienziati hanno lanciato il progetto FUNMOPS (“Functional microporous organic polymers”), finanziato dall’UE, con il fine di sintetizzare nuovi MOPS per la catalisi. I MOP in nano-scala mettono a disposizione una piattaforma per lo sviluppo di catalizzatori eterogenei nella quale il catalizzatore si trova in una fase diversa rispetto ai reagenti. La natura eterogenea significa che il catalizzatore può essere riciclato. I destinatari includono catalizzatori composti da MOP a maglia, MOP con metà acida e metà basica e MOPS contenenti fotoiniziatori. I MOP a maglia vengono prodotti “intessendo” blocchi elementari aromatici con un agente reticolante e reagenti economici. Gli scienziati del progetto FUNMOPS hanno sintetizzato una rete a maglia di cloruro di ftalocianina di ferro (III), copolimerizzandola con benzene per aumentare la porosità. Inaspettatamente, hanno scoperto che l’area superficiale è aumentata linearmente, proporzionalmente all’aumento del contenuto di benzene. Poiché il cloruro di ftalocianina di ferro (III) è un catalizzatore noto dell’ossidazione, gli scienziati hanno testato una rete parallela di benzene, dimostrando l’eccellente ossidazione e resa del prodotto, oltre alla chemoselettività. Il team ha avuto successo anche con la catalisi acido-base nei MOPS, sfruttando la reazione di Knoevenagel (condensazione) base-catalizzata del benzaldeide con il malononitrile. Il team ha dimostrato una conversione del 96 % con selettività maggiore del 99 % utilizzando un polimero microporoso coniugato con gruppi di ammina come catalizzatore eterogeneo riciclato correttamente. Il team ha inoltre mostrato l’utilità di reti a maglia meno costose per la reazione di Knoevenagel base-catalizzata. Infine, il team ha provato la sintesi dei polimeri MOPS contenenti tioxantone fotoiniziatore aromatico rigido. Come nel caso dei polimeri MOP a maglia, gli scienziati hanno prodotto il polimero MOP per copolimerizzazione del tioxantone con un altro monomero poroso a resa elevata. Le reti sono state utilizzate con successo per la fotopolimerizzazione dei radicali liberi del metacrilato di metile. Inoltre, i polimeri MOP potevano essere riciclati senza significative perdite di attività. Il progetto FUNMOPS ha contribuito significativamente alle conoscenze nei campi dei polimeri e della catalisi, entrambi di enorme importanza socieconomica. I polimeri MOP riciclabili con elevate rese ed elevate selettività per reazioni industrialmente rilevanti miglioreranno anche la competitività di diversi produttori di prodotti basati sulla catalisi.
Parole chiave
Catalizzatori, polimeri organici microporosi, polimeri, Knoevenagel, tioxantone
