Descubren que la luz puede mantener limpias de óxido las nanopartículas catalizadoras de cobre para oxidar propileno

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Investigadores norteamericanos han demostrado que la luz puede eliminar el recubrimiento de óxido de cobre que se forma sobre las nanopartículas de este metal que se usan como catalizadores en la oxidación del propileno. El hallazgo es importante porque el estado de oxidación de muchos metales determina sus características catalíticas, siendo, por tanto, conveniente controlarlo.

La oxidación del propileno se lleva a cabo para obtener el epóxido correspondiente, muy importante en la industria. Normalmente este proceso se realiza mediante la hidrocloración del propileno o la cooxidación de isobutano y etilbenceno:

CH3CH=CH2 + C6H5-CH2CH3 + O2 → CH3CHCH2O + C6H5-CH=CH2 + H2O

El inconveniente de ambos procesos es que se generan productos tóxicos.

La epoxidación directa de propileno se conoce desde hace años, pero con cobre cristalino puro a alto vacío, ya que en la atmósfera las nanopartículas forman una capa de óxido que anula su acción catalítica. .

Lo que han demostrado estos científicos es que si las nanopartículas se iluminan con luz visible, el óxido superficial se reduce y queda de nuevo en forma de cobre metálico puro. Esto ocurre por la resonancia de plasmón de superficie localizada que se produce cuando se ilumina el óxido de cobre con luz de la misma frecuencia que la del movimiento de los electrones entre orbitales moleculares, lo cual debilita el enlace entre el oxígeno y el cobre y acaba liberando el oxígeno..

Cuando los investigadores han mantenido iluminadas las nanopartículas de cobre estas han catalizado continuamente la epoxidación del propileno, si bien la conversión es muy pequeña aún (4%). No obstante, Suljo Linic, uno de los firmantes del trabajo (aparecido en Science, 2013, 339, 1590)ha explicado que lo realmente importante del hallazgo es lo siguiente:

La química de las reacciones catalíticas a menudo se rige por el estado de oxidación de las superficies. Si somos capaces de modificar el estado de oxidación del catalizador con el estímulo adecuado, entonces podremos “sintonizar” su acción.

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