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.
