O silicato-1 (TS-1) foi desenvolvido há quase 40 anos e foi usado com sucesso como catalisador para converter propileno em óxido de propileno. Este é um produto químico importante de commodities, como o poliuretano. plástico. Agora, uma equipe de pesquisa da ETH Zurique, da Universidade de Colônia, Fritz-Haber-Institute e BASF revelou mecanismos de reação surpreendentemente reais.
O óxido de propileno é uma mercadoria importante na indústria química, usada na produção de plásticos, anticongelantes e óleo hidráulico. A produção anual de óxido de propileno excede 11 milhões de toneladas, das quais mais de 1 milhão de toneladas são geradas por oxidação com peróxido de hidrogênio (H2O2). Esta reação química é catalisada pelo silicato de titânio-1 (TS-1). O silicato de titânio-1 é um material cristalino poroso composto de dióxido de silício e contém uma pequena quantidade de átomos de titânio (cerca de 1 a 4 átomos de titânio por 100 átomos de silício). A água é o único subproduto. Embora esse processo catalítico tenha sido aplicado com sucesso desde que o TS-1 foi desenvolvido há quase 40 anos, o mecanismo catalítico específico ainda não está claro. No entanto, o consenso da comunidade de pesquisa química é que o local ativo no TS-1 deve ser um átomo de titânio isolado, que fornece a base para a reatividade única do catalisador.
Uma equipe de pesquisa da ETH Zurique, da Universidade de Colônia, o instituto de Fritz-Haber em Berlim, e a BASF questionaram essa hipótese. Em um estudo atualmente publicado na revista Nature, os pesquisadores podem mostrar que, no processo catalítico, dois átomos de titânio ativam o H2O2, o que indica que os átomos de titânio não são realmente isolados, mas têm um efeito sinérgico.
De acordo com o espectro de ressonância magnética nuclear de 17o de estado sólido, os pesquisadores mostraram que, no processo de oxidação com H2O2, ele formará um intermediário de peróxido com dois átomos de titânio. Através da modelagem computacional, o autor mostrou ainda que esses locais dinucleares podem realmente promover a oxidação do propileno com eficiência. Curiosamente, o modo catalítico deste local binuclear é semelhante ao mecanismo de reação maduro de perácido, que é o reagente mais antigo e significativo para a oxidação de olefina. O estudo também mostra que os locais dinucleares são particularmente eficazes na epoxidação de propileno e que o desenvolvimento de catalisadores aprimorados deve ser considerado.
"Os métodos que usamos neste estudo não são novos métodos. No entanto, muitas coisas devem acontecer simultaneamente para que este estudo seja realizado", disse Christophe Copéret, autor correspondente da publicação. "Nosso laboratório tem apenas recentemente o desenvolvimento de um método para sintetizar o peróxido de hidrogênio rico em 17o é uma das chaves do nosso trabalho recente. Além disso, nossa equipe de pesquisa ganhou muita experiência em espectroscopia de RMN de baixa temperatura nos últimos anos, Permitindo-nos conduzir esta pesquisa, além disso, o Dr. Henrique Teles da BASF também é co-autor deste estudo. Ele enfatizou: "Se você tentar otimizar o catalisador com base em suposições falsas, é muito difícil e pode levar você na direção completamente errada. Portanto, é importante estudar essa hipótese com mais cuidado. "
"Temos trabalhado para explicar o mecanismo de reação de catalisadores homogêneos de titânio há muitos anos e descobriu-se as suposições na literatura-que o peróxido de hidrogênio é ativado por pares de titânio. : "Vemos no presente estudo que os resultados da catálise homogênea também são aplicáveis à catálise heterogênea. Este é realmente um momento especial. "O Dr. Thomas Lunkenbein, co-autor do Instituto Fritz Haber em Berlim, acrescentou:" Estamos muito felizes em contribuir com esta pesquisa e confirmar essas conclusões em nossa análise. Esta pesquisa é de significado fundamental para o entendimento do centro ativo de dois átomos e abre novas possibilidades para a pesquisa de catalisador. "
O desenvolvimento de catalisadores é frequentemente uma caixa preta, que depende de muitos experimentos, triagem em larga escala e sorte. Compreender a estrutura dos locais ativos necessários é fundamental para o desenvolvimento racional do catalisador. É muito surpreendente esclarecer o mecanismo de reação do catalisador heterogêneo TS-1, que fornece uma nova iluminação para esse catalisador de 40 anos, que ajudará a melhorar e desenvolver outros catalisadores homogêneos e heterogêneos.
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