Małe klastry metalowe wspomagają katalizę
Dla chemika zajmującego się chemią nieorganiczną klaster metalowy może być związkiem z co najmniej dwoma atomami metali. Dla naukowców uczestniczących w finansowanym ze środków UE projekcie UΝΙΜETCLUST klaster metalowy można rozproszyć i ustabilizować na podłożu, takim jak porowaty tlenek metalu. Po związaniu z nośnikiem tlenkowym lub zeolitowym klastry metalowe mogą łączyć zalety katalizatorów stałych z selektywnością rozpuszczalnych katalizatorów molekularnych. Zjawisko to stało się inspiracją dla opracowania klastrów metalowych, które zawierają jednorodne miejsca aktywne tak małe, że można je uznać za molekularne. Uczestnicy projektu UNIMETCLUST z powodzeniem przygotowali małe klastry rodu i irydu związane przez etylen na powierzchni tlenku magnezu (MgO) i odaluminiowanego zeolitu HY, stanowiących podłoża o kontrastujących reaktywnościach chemicznych. Co jeszcze ważniejsze, badacze śledzili pierwsze etapy tworzenia się klastrów metalowych przy pomocy spektroskopii w podczerwieni oraz spektroskopii EXAFS. Badania nad oddziaływaniem między katalizatorami metalowymi i gazami reaktywnymi — etylenem, 1,3-butadienem, tlenkiem węgla, dwuwodorkiem (H2) i tlenem cząsteczkowym (O2) — pozwoliły na przekształcanie jednego rodzaju metali w inne oraz badanie wpływu struktury katalitycznej na tempo i selektywność odpowiednich reakcji chemicznych. Naukowcy wykorzystali szereg różnych technik, takich jak spektroskopia w podczerwieni i mikroskopia o wysokiej rozdzielczości, aby określić dokładną budowę i charakter miejsc aktywnych. Wyniki tych analiz wykorzystano do syntezy miejsc aktywnych katalizatorów o dostrajalnych cechach katalitycznych. Precyzja metody syntezy opracowanej w ramach projektu UNIMETCLUST dla katalizatorów z rodu i irydu umożliwiła wprowadzenie radykalnych zmian w aktywności katalitycznej (58-krotne zwiększenie) i/lub selektywności (od praktycznie zera do niemal 100%) poprzez dokładnie określone modyfikacje struktury miejsc aktywnych. Katalizatory metalowe cieszą się już dużym uznaniem w przemyśle chemicznym i są najważniejszymi katalizatorami w takich procesach, jak rafinacja ropy naftowej czy oczyszczanie spalin samochodowych. Dzięki projektowi UNIMETCLUST katalizatory mogą znaleźć nowe ekscytujące zastosowania.
Słowa kluczowe
Klastry metalowe, kataliza, związki, atomy metali, tlenek metalu, zeolit, katalizatory stałe, rozpuszczalne katalizatory molekularne, rod, iryd, gazy reaktywne, ropa naftowa, spaliny samochodowe
