Perspectivas de la hidroformilación heterogénea con catalizadores de un solo átomo

Área de la Ciencia:

• Catálisis heterogénea
• Ciencias de los materiales
• Química computacional

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de un solo átomo (SAC) ofrecen una alta eficiencia atómica y una reactividad única.
• Los soportes de óxido son cruciales para estabilizar y modular el rendimiento de los SAC.
• La hidroformilación es un proceso industrial clave para la producción de aldehídos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el potencial teórico y experimental de los catalizadores de un solo átomo de rodio soportados por óxido (SAC) para la hidroformilación heterogénea.
• Comprender la influencia de las propiedades de soporte de óxido y el confinamiento del sitio activo en el rendimiento catalítico.
• Establecer las relaciones estructura-actividad de los SAC de rodio en la hidroformilación.

Principales métodos:

• Cálculos químicos cuánticos de alto nivel, específicamente clusters acoplados de pares orbitales locales basados en dominios dobles con contribución de triples perturbadores (DLPNO-CCSD).
• Síntesis de catalizadores de rodio dispersos atómicamente apoyados en óxido de magnesio (MgO) y dióxido de cerio (CeO2).
• Caracterización mediante espectroscopia de estructura fina de absorción de rayos X extendida (EXAFS) para determinar las propiedades estructurales y los efectos de confinamiento.

Principales resultados:

• Los SAC de rodio soportados en CeO2 muestran una alta actividad catalítica en la hidroformilación.
• Los SACs de rodio soportados en MgO muestran una actividad significativamente reducida, atribuida al aumento de los efectos de confinamiento que disminuyen la reactividad.
• Los estudios computacionales revelan que los complejos de hidróxido de carbonilo de rodio en superficies planas de CeO2{11} tienen una actividad comparable a los catalizadores moleculares, mientras que en los bordes de paso de MgO{30}{11}, la actividad es reducida.
• Los cálculos predicen una mayor adsorción y una mayor estabilidad en sitios más coordinados en soportes de óxido.

Conclusiones:

• La actividad catalítica de los SAC de rodio soportados por óxido está fuertemente influenciada por la interacción entre la unión química y el efecto de confinamiento experimentado por el sitio activo.
• El logro de un equilibrio óptimo entre la estabilidad y la actividad del catalizador es un desafío fundamental para el desarrollo de catalizadores eficaces de hidroformilación a base de rodio.
• CeO2 y MgO exhiben comportamientos distintos como soportes, lo que subraya la importancia de la selección de soportes en el diseño del catalizador para la hidroformilación heterogénea.