Průlom v chemii: Nový katalyzátor z platiny, chromu a stříbra mění ethanol na cenný acetaldehyd

Vědci z americké Brookhaven National Laboratory ve spolupráci s mezinárodním týmem vyvinuli nový, vysoce účinný a udržitelný katalyzátor pro dehydrogenaci ethanolu.

Vědci z americké Brookhaven National Laboratory ve spolupráci s mezinárodním týmem vyvinuli nový, vysoce účinný a udržitelný katalyzátor pro dehydrogenaci ethanolu. Tento proces, při kterém se z ethanolu odstraňují atomy vodíku, vede ke vzniku acetaldehydu – důležité chemické sloučeniny využívané v široké škále průmyslových a domácích aplikací, například při výrobě pryskyřic, barviv, parfémů a syntetických příchutí.

Současné katalyzátory pro dehydrogenaci ethanolu se potýkají s problémy, jako je deaktivace, nízká dlouhodobá účinnost a nežádoucí vedlejší reakce. Nový katalyzátor, složený ze tří kovů – platiny (Pt), chromu (Cr) a stříbra (Ag) – tyto nedostatky překonává. Umožňuje rychlejší a selektivnější reakci s menším množstvím odpadu. Chemik Anatoly Frenkel, který se na výzkumu podílel, zdůrazňuje, že katalyzátor odstraňuje pouze nezbytné atomy vodíku, čímž zajišťuje vysokou selektivitu.

Kromě vynikajícího výkonu je tento systém také udržitelnější než jiné metody výroby acetaldehydu, které často spoléhají na petrochemikálie. Ethanol lze naopak získávat z biomasy, jako jsou potravinový odpad, zbytky plodin nebo lesní produkty. Unikátnost katalyzátoru spočívá v jeho trimetalické slitině, kde atomy platiny a chromu tvoří páry ve tvaru činek, které jsou rozptýleny ve stříbrné matrici. Tato dimerová struktura zajišťuje širší funkčnost a větší stabilitu.

Pro pochopení chování systému tým využil kombinaci teoretického modelování, mikroskopie a rentgenových technik na synchrotronových zařízeních, včetně Brookhavenova National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) a švédské laboratoře MAX IV. Počáteční kvantové chemické výpočty předpověděly, že systém platina-chrom-stříbro dosáhne selektivní dehydrogenace. Následné experimenty, včetně rentgenové absorpční jemné struktury (XAFS) a rentgenové fotoelektronové spektroskopie za ambientního tlaku (AP-XPS), potvrdily přítomnost a klíčovou roli platina-chromových párů na povrchu katalyzátoru.

Tato studie, publikovaná v časopise Angewandte Chemie, představuje významný pokrok v oblasti katalýzy a udržitelné chemie. Ukazuje, jak koordinovaná spolupráce teoretiků a experimentátorů s využitím pokročilých analytických metod může vést k řešení složitých vědeckých problémů a k vývoji nových materiálů s potenciálem pro průmyslové aplikace.