Kimyasal reaksiyonlar başlı başına bırakıldığında beklenen sonuç çok uzun zaman sonra elde edilebilir. İşte bu reaksiyonların baş kahramanı; tepkimelerin hızlanmasına yardımcı olan, bu süreçte herhangi bir değişime uğramayan katalizörlerdir.
Her katalizörün farklı bir performansı olduğu gibi yüksek katalitik performans ve verimin artırılması bazı araştırmalarda sağlanmıştır. Bu araştırmalardan biri de hidrojenasyon süreçlerinde kobalt (Co) nanopartiküllerinin kristal fazının kontrol edilerek yüksek katalitik performans ve verim elde ettiği Tokyo Tech bilim insanları tarafından bildirildi.
Tokyo Tech tarafından üzerinde çalışılan hidrosilan destekli yeniden kullanılabilir faz kontrollü nanopartiküller; hidrojenasyon süreçlerinde amonyak gibi zararlı gazlar kullanılmadan, çeşitli bileşiklerin seçici hidrojenasyonu için umut vadediyor. Bu da birçok alanda kullanılan hidrojenasyon için verimli katalitik süreçlere yardımcı olabilir.
Hidrojenasyon, kimya endüstrisinde sıklıkla kullanılan ve bileşiklere H2 gazı eklenmesiyle elde edilen kimyasal bir reaksiyondur. Petrokimya, gıda ve ilaç gibi sektörlerde büyük önem arz eder.
Hidrojenasyonda 8A grubu elementlerinin, başlıca paladyum ve rodyum olmak üzere, soy metallerin, çoğu bu kimyasal reaksiyonlarda katalizör olarak kullanılır.1 Ancak bu elementler elde ediniminde yüksek maliyet ve çevre kirliliği gibi olumsuz sonuçlar doğurur.
Son yapılan araştırmalarda soy metallere göre düşük sıcaklık ve basınç gerektiren kobalt nanopartiküllerin hidrojenasyon reaksiyonları için verimli katalitik etki yaratabileceği ön görüldü ve umut verici bir alternatif olarak ortaya çıktı.
Karbon nanopartiküllerin kristal fazının yüksek verim ve performans potansiyeli gösterse de, üretim yöntemlerindeki yetersizlikler pratikte gerçekleştirilmesi için büyük zorlukları beraberinde getirmektedir.
Ancak tüm bu zorluklara rağmen JACS’ta yayınlanan çalışmalara göre Tokyo Teknoloji Enstitüsü ve Osaka Metropolitan Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi bu sorunlara çözüm bularak iki kristal faza sahip kobalt nanopartikülleri uygun ve tutarlı şekilde üretmek için yeni bir yöntem geliştirdiler.
Çalışmayı yöneten Profesör Hara, daha önce hidrosilan ve nikel komplekslerinin indirgenmesi ile nikel nanopartiküllerin sentezlenebileceğini, hidrosilan destekli yöntem adını verdikleri çalışma ile bildirdiklerini belirtiyor. Ayrıca hidrosilan ve kobalt tepkimelerine bakıldığında; kobalt iyonlarının sadece indirgeyici etki sağlamayıp metal parçacıkların kontrollü büyümesi için ligand olarak hareket edeceklerini de varsaydıklarını bu sebeple uygun bileşikler, ortam sağlandığında ve bazı diol çözücüler de eklenerek kristal faza sahip kobalt nanopartikülleri sentezlemeye çalıştıklarını dile getirdi.2
Araştırmacılar, yüzey merkezli kübik (FCC) ve hekzagonal sıkı paketlenmiş (HCP) kobalt nanopartikülleri hidrosilan destekli yöntem ve reaksiyon koşullarına bağlı olarak üretilebileceğini keşfetti. Ve bu iki tür kobalt nanopartiküller arasındaki katalitik farkları saptamak için hidrojenasyon deneylerinde bulundular.
Bu deneyler sonucunda, ‘benzonitrilin benzil amin’ hidrojenasyonunda, HCP kobalt nanopartikülleri yüksek seçicilik ile %97’lik bir verim sağlarken FCC kobalt nanopartikülleri %80’lik verim ile geride kaldı. Ayrıca HCP nanopartikülleri kullanarak yapılan hidrojenasyonda; FCC nanopartiküllerin ihtiyacı olandan yaklaşık yarısı kadar daha az bir basınç altında süreci daha verimli hale getirdi.
HCP nanopartiküllerin bu başarısı sadece benzil amin üretimiyle sınırlı kalmayıp çeşitli nitril ve karbonil bileşikleri ile de uyumluluk gösterdiğini ekliyor, Hara.3
Çalışma sonucunda amonyak gibi zararlı gazların kullanımının azalması, kobaltın bol bulunurluğu ve kristal fazlı kobalt nanopartiküllerin yeniden kullanılabilirliği ele alındığında endüstri ve insanlık açısından uygun maliyetli ve çevresel hidrojenasyon teknolojilerinde öne çıkabilir.
Kaynaklar
- Diler, F. (2019). Yeni tek dağılımlı heterojen paladyum nanoparçacıkların çeşitli tepkimelerindeki katalitik etkinliğinin incelenmesi (Order No. 29172049). Available from ProQuest Dissertations & Theses Global. (2708284254). Retrieved from
- Jiang, H., Deng, D., Kita, Y., Hattori, M., Kamata, K., & Hara, M. (2024). Tuning the Selectivity of Catalytic Nitrile Hydrogenation with Phase-Controlled Co Nanoparticles Prepared by Hydrosilane-Assisted Method. Journal of the American Chemical Society.
- https://phys.org/news/2024-08-energy-efficient-reusable-versatile-catalytic.html