Ottimizzazione dell'acidità dei catalizzatori Pt/ CNT per l'idrogenatossiosa di Diphenyl Ether

Molti processi industriali per la produzione di sostanze chimiche comportano l’uso di acido inorganico acquoso. Un esempio tipico è il processo convenzionale H₂SO₄ per l’idratazione del cicloohexane per produrre cicloohexanol. Il processo prevede un sistema bifasico, con il cicloohexane in fase organica e il prodotto cyclohexanol in fase acida acquosa, rendendo così difficile il processo di separazione per semplice distillazione. Oltre alla difficoltà di separazione e recupero, l’acido inorganico è anche altamente tossico e corrosivo per le apparecchiature. A volte, l’uso di acido inorganico genera sottoprodotti che abbasseranno la resa del prodotto e devono essere evitati. Ad esempio, la disidratazione di 2-cyclohexene-1-ol per produrre 1,3-cyclohexadiene utilizzando H₂SO₄ porterà alla polimerizzazione sottoprodotti¹. Così, molti processi industriali si spostano verso l’utilizzo di catalizzatori di acido solido. Vari acidi solidi tolleranti all’acqua vengono utilizzati per risolvere il problema di cui sopra e per massimizzare le rese del prodotto, come l’uso di HzSM-5 e Amberlyst-15. È stato dimostrato che l’uso di zeolite ad alta silice HSM-5 sostituisce H₂SO₄ nella produzione di cicloohexanol da benzene². Poiché la zeolite è presente nella fase acquosa neutra, il prodotto passerà esclusivamente alla fase organica, semplificando così il processo di separazione. Tuttavia, a causa della formazione di adduttodio acido-base di Lewis di molecole d’acqua ai siti acidi di Lewis, i materiali zeolitici hanno ancora dimostrato una minore selettività a causa della presenza di siti inattivi³. Tra tutti questi acidi solidi, Nb₂O₅ è uno dei migliori candidati che contengono sia Lewis e brènsted acido siti. L’acidità di Nb₂O_5onH₂O è equivalente a una soluzione 70% H₂SO_4, a causa della presenza dei protoni labili. L’acidità di Brasted, che è paragonabile ai materiali zeolitici protonici, è molto alta. Questa acidità si rivolgerà all’acidità di Lewis dopo l’eliminazione dell’acqua. In presenza di acqua, Nb₂O₅ forma il tetraedro NbO₄-H₂O addotti, che possono diminuire in acidità Lewis. Tuttavia, i siti di acido di Lewis sono ancora efficaci dal momento che il tetraedro NbO₄ hanno ancora efficaci cariche positive⁴. Tale fenomeno è stato dimostrato con successo nella conversione del glucosio in 5-(idrossimetile)furfural (HMF) e l’allealazione della benzaldeide con stagno tetrall in acqua^{5 .} I catalizzatori tolleranti all’acqua sono quindi cruciali nella conversione della biomassa nelle applicazioni delle energie rinnovabili, soprattutto quando le conversioni vengono eseguite in solventi ambientali benigni come l’acqua.

Tra i numerosi catalizzatori di acidi solidi benigni ambientali, i nanomateriali di carbonio funzionalizzati che utilizzano grafene, nanotubi di carbonio, nanofibre di carbonio, materiali di carbonio mesoporosi hanno svolto un ruolo importante nella valorizzazione della biomassa a causa della porosità regolabile, estremamente alta superficie specifica, e l’eccellente idrofobicità^6,7. I derivati sulfonati sono materiali catalitici protonici particolarmente stabili e altamente attivi. Possono essere preparati mediante carbonizzazione incompleta di composti aromatici solforati⁸ o con solfinetta di zuccheri incompletamente carbonizzati⁹. Essi hanno dimostrato di essere catalizzatori molto efficienti (ad esempio, per l’esterificazione di acidi grassi più elevati) con attività paragonabili all’uso del liquido H₂SO₄. I grafene e i CNT sono materiali in carbonio con un’ampia superficie, eccellenti proprietà meccaniche, buona resistenza acida, distribuzioni uniformi delle dimensioni dei pori, nonché resistenza alla deposizione di coke. Il grafene sulfonato è stato trovato per catalizzare in modo efficiente l’idrolisi dell’acetato di etilo¹⁰ e i catalizzatori di grafene bifunzionali sono stati trovati per facilitare la conversione in un vaso dell’acido levulilico in -valerolactone¹¹. I metalli bifunzionali supportati sui CNT sono anche catalizzatori molto efficienti per l’applicazione nella conversione della biomassa^12,13 come l’ossidazione aerobica altamente selettiva di HMF a 2,5-diformylfuran sopra il VO_2-PANI/CNT catalizzatore¹⁴.

Sfruttando le proprietà uniche dell’acido solido Nb₂O_5, dei CNT funzionalizzati e dei metalli bifunzionali supportati sui CNT, riportiamo il protocollo per la sintesi di una serie di Nanofoglio di acido solido basato su Nb(Ta) modificato Pt/CNT con un alto superficie con un metodo di aggregazione di nanofogli. Inoltre, abbiamo dimostrato che Pt/20HNbWO₆/CNT, a causa dell’effetto sinergico di particelle Pt ben disperse e di forti siti acidi derivati da nanofogli HNbWO_6, presentano la migliore attività e selettività nella conversione composti del modello derivato dalla lignina nei combustibili mediante idrodeossigenazione.