MATERIAL POROTSU AKASTUNAK KONTROLATU DITUZTE, KATALISI HETEROGENEO SENDO ETA SELEKTIBORAKO

Egitura metal-organikoak katalizatzaile heterogeneo selektibo bihurtu dituzte, etilenoaren dimerizazioa aktibatzailerik eta disolbatzailerik gabe egiteko

IKERKETA

Akatsak zehaztasunez diseinatuz, 1-butenoa lortzeko erabiltzen diren katalizatzaile heterogeneo selektibo bihurtu dituzte egitura metal-organikoak. Azterketa konputazionalei esker, informazio gehiago lortu dute katalizatzaileen zentro aktiboen izaerari buruz eta hautakortasunaren areagotzeko jokatzen duten rolari buruz. Erreaktibo-molekulak kapilaritatez kondentsatzean materialaren poroetan, asko handitzen da katalizatzailearen egonkortasuna.

Etilenoaren dimerizazio bidezko 1-butenoaren ekoizpena da katalisi homogeneoa erabiltzen duen prozesu industrial bakanetako bat, nahiz eta aktibatzaile- eta disolbatzaile-kantitate masiboak behar izan; izan ere, hautakortasun handia du. UPV/EHUko Bilboko Ingeniaritza Eskolako SUPREN taldeko Iker Aguirrezabal, Iñaki Gandarias eta Mikel Oregui ikertzaileek, Ikerketa Kimikoko Institutuko (ICIQ) Lópezen taldearekin eta RTI Internationalekin (AEB) lankidetzan, argitaratu duten artikulu berri batek agerian utzi badela beste alternatiba jasangarriago bat egitura metal-organikoekin lor daitekeena. Egitura metal-organikoak edo MOFak (metal–organic frameworks) elkarrekin ligando organikoen bidez konektatutako nodo metalikoz osatutako material porotsuen familia bat dira.

Ikertzaileek frogatu dute kondentsazio-erregimenen mende egokitutako MOFek katalizatu egiten dutela 1-butenoa lortzeko etilenoaren dimerizazioa, hautakortasun eta egonkortasun handiarekin eta aktibatzaile eta disolbatzailerik gabe. Ikerketa honek, zeinaren berri ematen baitute Nature Communications aldizkarian, bide berriak zabaldu dizkio katalizatzaile heterogeneo sendoen garapenari, gas-faseko erreakzio askotan erabiltzeko.

Ezagut itzazu zure akatsak…

Ikertzaile-taldeak akatsak diseinatu ditu (Ru)HKUST-1 egitura metal-organikoan, baina egitura bera arriskuan jarri gabe; bi estrategia erabili ditu horretarako: ohiko ligando-ordezkapen bat MOFaren sintesian, eta sintesi osteko tratamendu termiko aitzindari bat. Ikertzaileek akats horiek karakterizatu dituzte UPV/EHUko Supren taldeko espektroskopia-ekipamenduen bidez, eta agerian geratu da katalitikoki aktiboak direla etilenoaren dimerizaziorako. Analisi horiekin in situ ebaluatu dute zentro aktiboaren bilakaera eta haren propietate kimikoak.

Barcelona Supercomputing Centeren (BSC) baliabide informatikoei esker —zeina ”Red Española de Supercomputación” (RES) sarekoa baita—, ikertzaile-taldea gai izan da benetako MOF sistemak simulatzeko, akatsak karakterizatzeko eta erreakzio-mekanismoa zehazteko. Ikerketan ikusi dute akatsek eragindako zentro metaliko asegabeek aktibitatea eragiten dutela, eta, bestalde, nodoaren izaera bimetalikoak hautakortasuna kontrolatzen duela. Sistemaren portaera katalitikoa frogatu ondoren, katalizatzailearen birziklagarritasuna eta sendotasuna hobetu dute ikertzaileek, kondizio erabakigarri baten bidez: erreaktiboen poro barneko kondentsazioa.

… eta bete poroak

Etilenoaren dimerizazio bidezko 1-butenoaren ekoizpena gas-fasean aztertu ohi da. Kasu horietan, eta erreaktiboaren presio txikiarekin gertatzen denean erreakzioa, zentro katalitiko batzuk desaktibatu egiten dira oligomeroen koordinazioaren ondorioz. Baina presioa handitu ahala, erreaktibo-molekulak materialaren poroen barnean kondentsa daitezke; kontzentrazio horrek desaktibazioa saihesten du, eta, hala, katalizatzailearen egonkortasuna asko handitzen da. Poro barneko kondentsazio-kondizioek aukera ematen dute ohiko katalisi homogeneoa prozesu berrietara hurbiltzeko, katalizatzaile heterogeneoen bidez.

Proiektuaren hurrengo urratsetan, litekeena da lehen lerroko trantsizio-metaletan oinarritutako MOF katalizatzaileak erabiltzen hastea, bai eta poro barneko beste kondentsazio-estrategia bat erabiltzea ere, gas-faseko beste erreakzio batzuetarako.

I. Agirrezabal-Telleria, I. Luz, M. A. Ortuño, M. Oregui-Bengoechea, I. Gandarias, N. López, M. Lail, M. Soukri.Gas reactions under intrapore condensation regime within tailored Metal–Organic Framework catalysts.Nature Communications. 2019DOI: 10.1038/s41467-019-10013-6