La oxidación de hidrocarburos es una reacción muy utilizada industrialmente pero muy intensiva en energía. Para suavizar esta química, un equipo de físicos y químicos franco-británicos presenta, en un estudio publicado en la revista Green Chemistry, un nuevo sistema catalítico basado en nanopartículas metálicas que calientan su entorno (El entorno es todo lo que rodea Es el conjunto de elementos naturales y…) bajo la acción de la luz.
Las emulsiones estabilizadas por una de las nanopartículas catalíticas sensibles a la luz y que se localizan y se autoensamblan en la interfase aceite/agua permiten una catálisis interfacial particularmente efectiva para oxidar alquenos a epóxidos.
© Véronique Rataj
La oxidación de olefinas insaturadas como la del cicloocteno a epóxido es una reacción muy importante a escala industrial que puede ser catalizada por muchos compuestos en fase homogénea o en fase heterogénea. No obstante, sigue siendo objeto de investigación para minimizar su impacto ambiental (El impacto ambiental son todas las modificaciones del medio ambiente, sean cuales sean…), para mejorar las condiciones y optimizar su rendimiento.
Como parte de una colaboración interdisciplinaria entre la Universidad de Cardiff (Universidad de Cardiff (inglés: Cardiff University; galés: Prifysgol…) (Reino Unido) y 3 laboratorios franceses en Lille: la Unidad de Química y Catálisis de (CNRS/Centrale Lille/Universidad de Artois /Universidad de Lille), el Laboratorio de Espectroscopia Avanzada para Interacciones, Reactividad y Medio Ambiente y el Laboratorio de Física (Física (del griego φυσις, naturaleza) es etimológicamente …) láseres, átomos y moléculas (CNRS/Universidad de Lille) , físicos y químicos han desarrollado un nuevo sistema catalítico para estas reacciones que es impulsado por la luz.
Este catalizador está basado en nanopartículas (NPs) de metales nobles que efectivamente pueden absorber luz para generar electrones calientes y provocar un calentamiento local por hipertermia (La hipertermia es el aumento local o general de la temperatura del… ). Estas propiedades permiten una conversión eficiente de la luz en energía térmica (La energía térmica es la energía cinética de un objeto, que se debe a la agitación…) y una transferencia de energía al microambiente local alrededor de las NP.
Los científicos han utilizado estas nanopartículas para catalizar la oxidación de olefinas insaturadas como el cicloocteno a epóxido a temperaturas suaves. Al combinar nanopartículas catalíticas a base de tungsteno (el tungsteno es un elemento químico de la tabla periódica con el símbolo W (de…) y nanopartículas de oro, crearon emulsiones de aceite (olefinas)/agua por sonicación. Estas emulsiones, conocidas como emulsiones de Pickering, no están estabilizados por un surfactante (Un surfactante o surfactante es un compuesto que modifica la tensión superficial entre dos…) sino por las nanopartículas catalíticas que se localizan y se autoensamblan en la interfaz aceite/agua, creando así un Pickering interfacial particularmente eficiente catálisis.
Bajo irradiación, la resonancia plasmónica localizada en la superficie de las nanopartículas metálicas absorbe la energía de la luz para generar electrones calientes y causar calentamiento alrededor de las NP en la interfaz de aceite/agua. A diferencia del calentamiento convencional (el calentamiento es la acción de transmitir energía térmica a un objeto, a…), la catálisis impulsada por estas NP involucra electrones calientes y/o un gradiente de temperatura en la superficie del catalizador bajo irradiación de luz para acelerar su actividad. (El término actividad puede referirse a una profesión.) y modificar la selectividad de las reacciones activando enlaces químicos específicos. Este calentamiento local permite una actividad multiplicada por 5 respecto a la reacción térmica (La térmica es la ciencia que trata de la producción de energía, el aprovechamiento de…) para la oxidación de alquenos con el peróxido de hidrógeno (El hidrógeno es un químico elemento de símbolo H y número atómico 1.) H2O2 (peróxido de hidrógeno). Además, las nanopartículas se recuperan fácilmente al final de la reacción y podrían reutilizarse hasta 5 veces sin perder su actividad.
Estos resultados, publicados en la revista Green Chemistry, abren un camino para el diseño de fotorreactores multifásicos para reacciones de oxidación a baja temperatura, con, a idéntica conversión, un ahorro energético potencial del 74% en comparación con los reactores calentados térmicamente.
Referencia
Catálisis interfacial de Pickering impulsada por luz para la oxidación de alquenos a temperatura cercana a la ambiente
Y. Feng, J.-F. Dechezelle, Q. D’Acremont, E. Courtade, V. De Waele, M. Pear-Titus y V. Nardello-Rataj.
química verde. 2023
DOI: https://doi.org/10.1039/D2GC04591E
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