Elenco dei materiali di supporto per i catalizzatori di palladio

I catalizzatori di palladio sono essenziali in molte reazioni chimiche, in particolare nell'idrogenazione, nell'ossidazione e nella formazione di legami carbonio-carbonio. L'efficacia dei catalizzatori di palladio è significativamente influenzata dalla scelta del materiale di supporto. Il supporto non solo fornisce un'ampia superficie per la dispersione del palladio, ma influenza anche la stabilità, l'attività e la selettività del catalizzatore.

Di seguito sono riportati i principali materiali di supporto utilizzati nella catalisi del palladio, ognuno dei quali offre vantaggi unici per diverse applicazioni:

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Fig. 1 Catalizzatori di palladio a base di carbonio

1. Supporti a base di carbonio

• Carbone attivato (Pd/C): Il carbone attivo, uno dei materiali di supporto più comuni, offre un'elevata area superficiale per la dispersione del palladio. Il Pd/C è particolarmente efficace nelle reazioni di idrogenazione e nella sintesi chimica fine. L'elevata porosità e la stabilità del carbonio contribuiscono alla riutilizzabilità del catalizzatore.
• Nanotubi di carbonio (Pd/CNT): I nanotubi di carbonio offrono una superficie ancora maggiore e un'eccellente conduttività rispetto al carbone attivo. Sono spesso utilizzati in applicazioni avanzate come celle a combustibile e sensori, grazie alla loro elevata stabilità termica e chimica.

2. Allumina (Al2O3)

• Palladio su allumina (Pd/Al2O3): L'allumina è un supporto ampiamente utilizzato grazie alla sua elevata stabilità termica e alla capacità di sopportare reazioni ad alta temperatura. Il Pd/Al2O3 è comunemente utilizzato nei processi catalitici di reforming e deidrogenazione, dove la resistenza alle alte temperature è fondamentale.
• Gamma-allumina: questa forma di allumina è nota per la sua elevata area superficiale e le sue proprietà acide regolabili, che possono essere adattate a reazioni specifiche, come l'ossidazione o l'idrogenazione selettiva.

3. Silice (SiO2)

• Palladio su silice (Pd/SiO2): La silice offre un'elevata area superficiale e viene spesso utilizzata nelle reazioni che richiedono un supporto neutro. Il Pd/SiO2 è particolarmente efficace in reazioni come l'idrogenazione e la deidrogenazione di composti organici. La stabilità e la bassa acidità della silice la rendono adatta ai processi in cui le interazioni con il supporto acido sono indesiderate.

4. Zeoliti

• Palladio su zeoliti (Pd/Zeolite): Le zeoliti, con la loro struttura porosa altamente ordinata, offrono proprietà catalitiche uniche grazie alle loro caratteristiche acido-base e alla selettività di forma. I catalizzatori di Pd/zeolite sono spesso utilizzati in reazioni come l'idrogenazione selettiva e l'idrocracking, dove la dimensione e la forma dei pori possono indirizzare l'attività catalitica.
• Zeoliti gerarchiche: Queste zeoliti presentano sia micropori che mesopori, offrendo una migliore accessibilità per le molecole più grandi e una migliore stabilità, in particolare in reazioni come l'ossidazione selettiva.

5. Ossidi metallici

• Palladio su biossido di titanio (Pd/TiO2): Il biossido di titanio è un materiale di supporto stabile e versatile. Il Pd/TiO2 è utilizzato in reazioni come l'idrogenazione e l'ossidazione, dove il supporto di titania svolge un ruolo nel trasferimento di elettroni e nella fotocatalisi, in particolare sotto la luce UV.
• Palladio su zirconia (Pd/ZrO2): La zirconia è utilizzata per la sua elevata stabilità alle alte temperature. Il Pd/ZrO2 è efficace in reazioni come l'idrogenazione e l'ossidazione selettiva, dove sono essenziali sia le proprietà catalitiche del palladio che la stabilità termica della zirconia.

6. Magnesia (MgO)

• Palladio su magnesia (Pd/MgO): L'ossido di magnesio supporta il palladio nelle reazioni in cui sono importanti sia le proprietà basiche che quelle termiche. I catalizzatori Pd/MgO sono particolarmente utili nei processi catalitici di idrogenazione e reforming.

7. Grafene

• Palladio su grafene (Pd/Grafene): Il grafene, con la sua elevata area superficiale, conduttività elettrica e resistenza meccanica, viene sempre più utilizzato come supporto per il palladio. I catalizzatori Pd/grafene sono molto efficaci nelle applicazioni di idrogenazione e di celle a combustibile, offrendo proprietà elettroniche e attività migliorate.

8. Supporti polimerici

• Palladio su polimeri (Pd/Polimero): Polimeri come il polistirene o il polietilene possono essere utilizzati per supportare il palladio in reazioni specializzate, spesso nella catalisi in fase liquida. Questi supporti possono offrire selettività e stabilità uniche nei processi catalitici che coinvolgono solventi organici.

9. Supporti metallici

• Palladio su oro (Pd/Au): In alcuni casi, l'oro viene utilizzato come supporto per il palladio grazie alle sue proprietà elettroniche uniche. I catalizzatori Pd/Au sono particolarmente efficaci in alcuni tipi di reazioni di ossidazione e idrogenazione, dove la superficie dell'oro potenzia l'attività del palladio.
• Palladio su rame (Pd/Cu): Il rame supporta il palladio nelle reazioni che richiedono un equilibrio di proprietà di ossidazione e riduzione. I catalizzatori Pd/Cu sono spesso utilizzati in processi come l'idrogenazione e l'ossidazione selettiva.

Catalizzatori a base di palladio su diversi supporti

Questa tabella evidenzia i diversi materiali di supporto utilizzati per i catalizzatori a base di palladio, le loro proprietà distintive e le rispettive aree di applicazione. Per ulteriori informazioni, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).

Conclusioni

La scelta del materiale di supporto per i catalizzatori a base di palladio svolge un ruolo fondamentale nel determinare l'efficacia, la stabilità e la selettività del catalizzatore in varie reazioni. Ottimizzando l'interazione tra il palladio e il suo supporto, i ricercatori e gli ingegneri possono migliorare l'efficienza delle reazioni ed espandere la portata della catalisi del palladio nei moderni processi chimici.

Riferimenti:

[1] Roman M. Mironenko, Olga B. Belskaya, Tatiana I. Gulyaeva, Mikhail V. Trenikhin, Vladimir A. Likholobov, Palladium nanoparticles supported on carbon nanoglobules as efficient catalysts for obtaining benzocaine via selective hydrogenation of ethyl 4-nitrobenzoate, Catalysis Communications, Volume 114, 2018, Pages 46-50, ISSN 1566-7367, https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.06.002.