Producción de productos químicos más sostenibles utilizando polioxometales

Romper los enlaces de carbono es un problema muy difícil y, sin embargo, puede allanar el camino para la producción de productos químicos más ecológicos y sostenibles.

Un grupo de investigación de China ha obtenido la primera escisión síncrona mejorada con luz visible de enlaces carbono-nitrógeno-carbono-carbono a través de un fotocatalizador de polioxígeno modificado con plata, que abre vías para aplicaciones como alternativas neutras en carbono a los combustibles fósiles. Los resultados de esta investigación fueron publicados el 3 de marzo.^{Investigación y desarrollo}2023, a las polioxometales.

La tecnología fotocatalítica es altamente eficiente y barata. Se utiliza para resolver los crecientes problemas de contaminación ambiental negativa. Los polioxometalatos (POM), una clase de grupos de óxidos metálicos, exhiben propiedades fisicoquímicas únicas, lo que los hace particularmente efectivos en el campo de la fotocatálisis, que utiliza la energía de la luz para impulsar una reacción química.

Como fotocatalizadores, los POM pueden descomponer los contaminantes orgánicos presentes en las aguas residuales y reducir el CO debido a sus propiedades redox reversibles y la estabilidad de las estructuras moleculares. Junto con las reacciones de formación de enlaces entre carbono-nitrógeno (CN) y carbono-carbono (CC), el POM también puede catalizar transformaciones orgánicas simples.

Sin embargo, la mayoría de los POM solo pueden funcionar con luz ultravioleta.

Es de gran interés diseñar y sintetizar nuevos fotocatalizadores de POM promovidos por luz visible y explorar su potencial en nuevas reacciones orgánicas..

Shujun Li, autor principal del estudio, Universidad Normal de Henan

Con este objetivo, practicar la escisión selectiva simultánea de los enlaces carbono-carbono, Li y sus colegas analizaron la síntesis de luz visible de los fotocatalizadores POM.

Los enlaces CC y CN son los enlaces más comunes y básicos que se encuentran en los compuestos orgánicos. La escisión catalítica selectiva de enlaces CC o enlaces CN para cambios químicos es un tema importante en la química sintética y se ha convertido en una de las tareas más atractivas pero desafiantes..

Shujun Li, autor principal del estudio, Universidad Normal de Henan

Los químicos han perseguido este objetivo en los últimos años, ya que romper estos lazos firmes puede allanar el camino para identificar nuevos productos químicos valiosos o enfoques más ecológicos para fabricar materiales ya reconocidos. De manera similar, para disociar de forma independiente los enlaces CN o los enlaces CC, crearon una variedad de sistemas catalíticos. Sin embargo, la escisión de los enlaces CN y CC en una sola transformación orgánica es un objetivo desafiante.

«Hasta la fecha se han informado pocos ejemplos de escisión simultánea de enlaces CC y CN en una sola molécula de sustrato.me dijo.

Se requieren condiciones de reacción extremas, tales como agentes de oxidación o agentes de iniciación fuertes y temperaturas elevadas, para la escisión rápida y simultánea de estos tipos de enlaces para complicar aún más las cosas.

Para lograr un poliniobotungstato modificado con plata (Ag-Nb/W), el equipo combinó la adición híbrida de niobio (Nb)/tungsteno (W) de POM y un ion de plata (Ag).

En la región visible, Ag-Nb/W mostró una fuerte absorción, lo que motivó a los científicos a analizar su actividad catalítica en luz visible. El estudio de los investigadores consistió en examinar la variedad de sustratos y las condiciones limitantes para un funcionamiento óptimo, junto con la reutilización y la estabilidad de Ag-Nb/W.

Los resultados muestran que la estructura y síntesis de Ag-Nb/W ayuda en la catálisis eficiente de la escisión de los enlaces CN y CC simultáneamente en condiciones suaves bajo luz visible. Además, Ag-Nb/W se puede reutilizar un máximo de seis veces sin reducir la actividad catalítica.

Hasta donde sabemos, este es el primer ejemplo de escisión simultánea mejorada con luz visible de enlaces CC y CN catalizada por un fotocatalizador POM, que coincide con la demanda social de química verde y SD..

Shujun Li, autor principal del estudio, Universidad Normal de Henan

Este estudio presenta una revelación potencial para el desarrollo de nuevos fotocatalizadores inducidos por luz visible que se utilizarán en reacciones orgánicas que involucran la escisión de enlaces CN y CC, que fueron abordados por Li.

Como próximo paso, los científicos planean combinar este compuesto con otros portadores sólidos para desarrollar un material fotocatalítico dispersivo más estable, ideal para su uso en fotocatálisis.

El estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Programa de Talento de Innovación en Ciencia y Tecnología de las Universidades de la provincia de Henan.

Otros colaboradores son Na Li, Gang Li, Yubin Ma, Mengyao Huang, Qingchun Xia, Qianyi Zhao y Xuenian Chen de la Universidad Normal de Henan. Chen también está afiliado a la Universidad de Zhengzhou.

Referencia de la revista:

no. y otros. (2023) Polinioptungstatos modificados con plata para la escisión síncrona inducida por luz visible de enlaces CC y CN. polioxometales. doi.org/10.26599/POM.2023.9140024.

fuente: http://www.tup.tsinghua.edu.cn/en/index.html