In rotta verso catalizzatori con forte porosità
Chi ha seguito un corso di chimica di base, o si è dilettato un po’ in cucina, sa che molte reazioni possono essere accelerate dal riscaldamento o mescolamento. Tuttavia, un aumento significativo delle reazioni per produrre sostanze chimiche su rilevante scala industriale, in genere richiede l’uso di catalizzatori. I materiali ecologici di zeolite microporosa sostituiscono sempre di più i catalizzatori nella sintesi chimica, in particolar modo nella produzione petrolchimica. La loro sintesi in genere richiede l’aggiunta di agenti direzionanti di struttura (SDA) per guidare la cristallizzazione. Il trattamento chimico dei substrati molecolari più grandi, comuni per l’industria della chimica fine e dei prodotti farmaceutici, si basa fortemente su catalizzatori con pori extra-large, ma l’aumento delle dimensioni dei pori relative ai materiali di zeolite richiede molto impegno. Gli scienziati hanno cercato una soluzione a questa barriera all’interno del progetto NEWSDASFORALPOS (Use of newly designed organic molecules as large and efficient structure directing agents for the synthesis of microporous aluminophosphates), finanziato dall’UE. Il nocciolo del problema è dato dall’aumento delle dimensioni degli SDA al fine di aumentare le dimensioni dei pori, poiché l’efficienza degli SDA nel dirigere la formazione della struttura si riduce con dimensioni molecolari maggiori. Il team ha combinato due importanti opportunità: i fosfati di alluminio microporosi (AlPO), visti come promettente alternativa agli zeoliti a causa della loro natura idrofila, e l’uso della chimica supramolecolare per attivare l’autoassemblaggio di grandi SDA idrofili. Interazioni idrofile tra SDA e AlPO possono migliorare l’efficienza di direzionamento in termini di formazione della struttura. Gli SDA idrofili possono anche interagire con molecole di acqua, formando aggregati in grado di creare pori ancora più grandi. I ricercatori hanno quindi mirato allo sviluppo di grandi SDA idrofilii specifici per strutture AlPO. Le ammine aromatiche possono autoassemblarsi in aggregati multi-molecolari tramite interazioni intermolecolari tra gli anelli, offrendo un modo per aumentare le dimensioni degli SDA. Molti SDA sono stati sintetizzati e testati, portando a varie strutture. Per la prima volta, è stata osservata una struttura basata su un autoassemblaggio supramolecolare molto forte. Gli scienziati hanno identificato fattori chimici che regolano la chimica supramolecolare delle ammine aromatiche e hanno chiarito il modo in cui tale chimica disciplina l’attività che direziona la struttura degli SDA da loro creati. Il team NEWSDASFORALPOS ha così creato le basi per la progettazione razionale di nuovi ed efficienti SDA autoassemblanti per catalizzatori AlPO, aprendo la strada allo sviluppo accelerato.
Parole chiave
Catalizzatori, microporoso, zeolite, agenti direzionanti di struttura, fosfati di alluminio microporosi
