Unos investigadores han demostrado las excelencias catalíticas de una aleación líquida de galio, níquel y el estaño en la clásica reacción de síntesis selectiva de propileno a partir de decano. Los resultados son mejores que cuanto de emplean estos catalizadores en estado sólido y además el gasto energético es mucísimo menor.
El galio tiene un punto de fusión muy bajo, 29,8 oC, de manera que se licua en los días calurosos. El punto de fusión del estaño es algo mayor (232 oC), pero no es demasiado alto en comparación con el de otros metales como el níquel (1455 oC). Pues bien, el galio líquido puede disolver con relativa facilidad al estaño y al níquel. Gracias a eso, los científicos han creado la aleación GaSn0,029 Ni0,023 y han demostrado que funciona muy bien como catalizador.
Esto se ha atribuido a que los átomos de Sn y Ni quedan bien dispersos en la aleación, circunstancia que produce fenómenos catalíticos únicos, como la activación de átomos vecinos y la mejora de la actividad inducida por la movilidad, según los autores. Debido a su movilidad, los átomos dispersos en la matriz de Ga generan configuraciones tales que los átomos interfaciales de Sn y Ni permiten alineamientos críticos de reactivos e intermedios de reacción. De este modo se consigue lo que se llama catálisis de un solo átomo, que es la que permite una superficie de mayor accesibilidad para la catálisis.
Mediante modelado computacional corroborado por análisis experimentales los científicos comprobaron que el Sn sobresale de la interfaz y que un átomo de Ni adyacente, debajo de la capa interfacial, se alinea precisamente con una molécula de decano, facilitando la producción de propileno.
Los investigadores aplicaron posteriormente este procedimiento al aceite de canola, logrando una selectividad de propileno de ~94,5 %.
Catálisis más ecológica
Un catalizador es una sustancia que hace que las reacciones químicas se produzcan más rápido y más fácilmente sin participar en la reacción. Los catalizadores que se utilizan habitualmente en la industria química para fabricar plásticos, fertilizantes, combustibles y materias primas son en general metales o compuestos metálicos en estado sólido.
Pero los átomos de los metales líquidos están dispuestos de forma bastante aleatoria y tienen mucha mayor libertad de movimiento que en los sólidos. Esto les permite entrar fácilmente en contacto y participar en reacciones químicas. Una gran ventaja es que en teoría pueden catalizar sustancias químicas a temperaturas mucho más bajas, lo que significa menor consumo de energía. Por ello, la catálisis con metales líquidos podría ser más ecológica. (Hay que tener en cuenta que se estima que más del 10 % de la energía total del mundo se aplica a la fabricación de productos químicos).
Referencia
Dynamic configurations of metallic atoms in the liquid state for selective propylene synthesis, Nature Nanotechnology (2023). DOI: 10.1038/s41565-023-01540-x
