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El descubrimiento puede reducir las consecuencias para el medio ambiente de la fabricación química

Los fabricantes químicos utilizan con frecuencia disolventes tóxicos tales como alcoholes y benceno para hacer productos como los productos farmacéuticos y los plásticos. Los investigadores están examinando un fenómeno previamente pasado por alto y entendido mal en las reacciones químicas usadas para hacer estos productos. Este descubrimiento trae una nueva comprensión fundamental de la química catalítica y una progresión toxicológica a los usos prácticos que podrían algún día hacer químico fabricando menos derrochador y más ambientalmente el sonido.

El estudio llevado por el investigador David Flaherty, universidad del Urbana-Chamán de la Universidad de Illinois del investigador Matthew Neurock de Minnesota, de las ciudades gemelas y del investigador Ayman Karim de la tecnología de Virginia se publica en la ciencia del gorrón.

Combinar disolventes y nanoparticles del metal acelera muchas reacciones químicas y las ayudas maximizan los márgenes del rendimiento y de beneficio para la industria química. Sin embargo, muchos disolventes son tóxicos y difícil disponer con seguridad, los investigadores dijeron. Los trabajos de agua, también, sino ella no es casi tan eficientes o seguros como disolventes orgánicos. La razón de la diferencia era probablemente la solubilidad limitada de algunos reactivo en agua. Sin embargo, las irregularidades múltiples en datos experimentales han llevado a las personas a realizar que las razones de estas diferencias no eran entendidas completo.

Para entender mejor el proceso, las personas ejecutaron experimentos para analizar la reducción del oxígeno al peróxido de hidrógeno - un equipo usando el agua, otro con metanol, y otros con las mezclas del agua y del metanol. Todos los experimentos utilizaron nanoparticles del paladio.

En experimentos con metanol, observamos la descomposición espontánea del disolvente que sale de un residuo orgánico, o de la espuma, en la superficie de los nanoparticles. En algunos casos, el residuo scumlike se aferra en los nanoparticles y aumenta índices de reacción y la cantidad de peróxido de hidrógeno formada en vez de obstaculizar la reacción. Esta observación hizo que nos preguntamos cómo podría ayudar.”

David Flaherty, profesor de la ingeniería química y biomolecular, Urbana-Chamán de la Universidad de Illinois

Las personas encontraron que el residuo, o el mediador redox superficial, asimientos oxígeno-que contenían especies, incluyendo un componente clave hidroximetílico. Acumula en la superficie de los nanoparticles del paladio y abre los nuevos caminos de reacción química, los partes del estudio.

“Formado una vez, el residuo se convierte en parte del ciclo catalítico y es probablemente responsable de algunas de las diversas eficiencias entre los disolventes denunciados durante los últimos 40 años de trabajo sobre esta reacción,” Flaherty dijo. “Nuestro trabajo proporciona la prueba evidente que éstos los mediadores redox de la superficie forman en disolventes del alcohol y que pueden explicar muchos últimos misterios para esta química.”

Trabajando con los tipos múltiples de experimentos y de simulaciones de cómputo, las personas aprendieron que estos mediadores redox transfieren efectivo los protones y los electrones a los reactivo, mientras que las reacciones en agua pura transfieren los protones fácilmente, pero no a los electrones. Estos mediadores también alteran la superficie de los nanoparticles de una manera que baje la barrera de energía que se vencerá para la transferencia del protón y del electrón, los partes del estudio.

“Mostramos que los disolventes del alcohol así como los añadidos orgánicos pueden reaccionar a los mediadores de la superficie del metal-salto de la forma que actúan mucho que los cofactores enzimáticos en nuestras carrocerías hagan en la catálisis de reacciones de la oxidación y de la reducción,” Neurock dijo de la misma manera.

Además, este trabajo puede tener implicaciones para reducir las cantidades de disolvente usadas y de inútil generado en la industria química.

“Nuestra investigación sugiere que para algunas situaciones, los productores químicos podrían formar a los mediadores redox superficiales agregando pequeñas cantidades de un añadido al agua pura en vez de millares de bombeo de galones de disolventes orgánicos a través de estos reactores,” a Flaherty dijo.

La energía y el instituto de las ciencia biológicas con el programa de la EBI-Granada y el National Science Foundation soportaron esta investigación.

Source:
Journal reference:

Adams, J.S., et al. (2021) Solvent molecules form surface redox mediators in situ and cocatalyze O2 reduction on Pd. Science. doi.org/10.1126/science.abc1339.