Química sustentável: o ferro substitui os metais preciosos na catálise
Os investigadores desenvolvem uma fonte de ferro(I) para reacções catalíticas - a abordagem visa tornar os processos químicos mais sustentáveis
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Muitos produtos do quotidiano e industriais são criados com a ajuda de catalisadores químicos, tais como produtos farmacêuticos, plásticos e revestimentos. Para este efeito, são frequentemente utilizados metais preciosos caros e limitados. Os investigadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) apresentaram agora o primeiro composto de ferro que é estável no ar, torna o ferro(I) diretamente utilizável para catálise e, ao contrário do que acontecia anteriormente, não necessita de agentes redutores fortes. Num primeiro teste, foram criados catalisadores activos de ferro a partir deste composto. Resultados no Journal of the American Chemical Society.
Os catalisadores garantem que as reacções químicas ocorram mais rapidamente ou sejam possíveis em primeiro lugar. Nos processos estabelecidos, esta tarefa é desempenhada por metais preciosos como o ródio, o irídio ou o paládio. Estes metais são adequados para muitas aplicações, mas são caros e raros. "A nossa investigação centra-se em alternativas sustentáveis e amigas do ambiente aos catalisadores de metais preciosos", explica o Dr. Oliver Townrow, do Instituto de Nanotecnologia do KIT. "O ferro é o quarto elemento mais comum na crosta terrestre e pode desempenhar tarefas semelhantes às dos metais preciosos em determinadas reacções catalíticas".
Estabilização do ferro reativo
No centro do trabalho está uma fonte modular e pré-activada de ferro (I) para catálise. A numeração romana descreve o estado eletrónico do metal. O ferro está normalmente presente em compostos químicos como ferro(II) ou ferro(III). No entanto, o ferro(I) é particularmente adequado para certas reacções catalíticas porque pode aceitar ou libertar electrões mais facilmente. Isto permite outras vias de reação.
Até agora, não existia nenhum composto inicial comparativamente estável que tornasse o ferro(I) diretamente disponível para aplicações catalíticas. Por conseguinte, os investigadores tiveram frequentemente de gerar esta forma de ferro durante a reação utilizando substâncias adicionais. Estes agentes redutores levam o ferro à forma reactiva desejada, mas podem também alterar outros componentes. "Isto torna difícil controlar exatamente o composto de ferro produzido na reação e a forma como reage", explica Luise Kink, primeira autora do estudo e estudante de química no KIT. "Com a nossa abordagem, podemos agora utilizar esta forma reactiva de ferro de forma mais fiável".
Produzir e testar novos compostos de ferro
Nas suas experiências, a equipa produziu inicialmente o ferro (I) como um composto separado, fora da catálise propriamente dita: o ferro estava situado entre dois hidrocarbonetos em forma de anel, denominados moléculas de Duren, que estabilizam o metal reativo. Desta forma, o ferro sensível (I) permanece suficientemente estável contra o oxigénio atmosférico e a humidade para ser utilizado em outras reacções.
Os investigadores substituíram então especificamente o duren por outras moléculas para produzir vários compostos de ferro(I). Analisaram-nos por meio de análises estruturais de raios X, métodos espectroscópicos e medições magnéticas, entre outros. Num primeiro teste catalítico, mostraram também que um catalisador de ferro ativo pode ser produzido a partir do novo composto.
Continuar a desenvolver catalisadores de ferro
O novo composto de ferro(I) cria uma base para outras aplicações. Os investigadores podem agora testar de forma mais sistemática quais as variantes adequadas para determinadas reacções catalíticas. "O nosso resultado mostra que podemos preparar melhor o ferro (I) para catálise e utilizá-lo de forma mais controlada do que anteriormente", afirma Townrow. "A longo prazo, a nossa abordagem deverá ajudar a substituir os metais preciosos pelo ferro em aplicações industriais".
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