Cluster metallici di piccole dimensioni che sostengono la catalisi
Per un chimico inorganico, un cluster metallico può essere un composto che presenta due o più atomi di metallo. Per i ricercatori impegnati nel progetto UΝΙΜETCLUST, finanziato dall’UE, un cluster metallico può essere disperso o stabilizzato su un supporto, come un ossido metallico poroso. Quando i cluster metallici sono legati a composti a base di ossido o di zeolite, possono combinare i vantaggi dei catalizzatori solidi con la selettività di catalizzatori molecolari solubili. Questa è stata la forza trainante per lo sviluppo di cluster metallici che integrano siti attivi uniformi così piccoli che possono essere considerati di carattere molecolare. Gli scienziati UNIMETCLUST sono riusciti a preparare piccolissimi cluster di rodio e iridio legati a etilene e altri ligandi alla superficie dell’ossido di magnesio (MgO) e zeolite HY dealluminizzato, usati come supporto per contrastare le reazioni chimiche. Soprattutto, hanno seguito da vicino i primi passi della formazione del cluster metallico con la spettroscopia strutturale ad assorbimento fine a raggi X e a raggi infrarossi estesa. Le ricerche sull’interazione tra i catalizzatori metallici e i gas reattivi - etilene, 1,3-butadiene, monossido di carbonio, diidrogeno (H2) e ossigeno molecolare (O2) - ha permesso la trasformazione da una specie metallica ad altre nonché l’analisi dell’influenza della struttura catalitica sul tasso e la selettività delle reazioni chimiche pertinenti. Per determinare l’esatta struttura e natura dei siti attivi, gli scienziati hanno adottato una vasta gamma di tecniche, tra cui la spettroscopia infrarossa e la microscopia ad alta risoluzione. Hanno utilizzato le scoperte per la sintesi dei siti attivi dei catalizzatori combinando le caratteristiche cataliche. La precisione del metodo di sintesi sviluppato nell’ambito del progetto UNIMETCLUST per i catalizzatori del rodio e dell’iridio ha permesso cambiamenti drastici nelle attività catalizzatrici (con un aumento di 58 volte) e/o nella selettività (da quasi zero a quasi il 100 %) tramite cambiamenti ben definiti nella struttura dei siti attivi. I catalizzatori metallici hanno già ottenuto un risultato dignitoso nel settore chimico e sono diventati i catalizzatori più importanti per processi come la raffinazione del petrolio e la conversione dei gas di scarico automobilistici. Con i recenti risultati di UNIMETCLUST, si dovrebbero spalancare nuove interessanti possibilità per la catalisi.
Parole chiave
Cluster metallici, catalisi, composti, atomi di metallo, ossido di metallo, zeolite, catalizzatori solidi, catalizzatori molecolari solubili, rodio, iridio, gas reattivi, petrolio, gas di scarico automobilistico
