Des scientifiques japonais et indiens ont mis au point un système réutilisable, catalyseur haute performance à base de nanoparticules de ruthénium de forme plate (Ru-NP) pour la production de produits chimiques de valeur. En raison de sa durabilité démontrée, le catalyseur pourrait être largement utilisé dans la production à grande échelle de nombreux types de colorants, détergents, agrochimiques et pharmaceutiques.

Une étude menée par des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) a montré que des changements à l'échelle nanométrique dans la structure de surface peuvent considérablement améliorer les performances des catalyseurs métalliques utilisés dans la production d'amines primaires, une classe importante de composés dans l'industrie chimique.

Les chercheurs ont développé un catalyseur à base de ruthénium composé d'un grand nombre de facettes atomiquement actives sur leurs surfaces planes.

Par rapport aux catalyseurs métalliques conventionnels, le nouveau catalyseur, avec sa structure de surface hautement active, atteint un chiffre d'affaires catalytique extrêmement élevé.

L'étude consistait à comparer dans quelle mesure différents types de catalyseurs métalliques pouvaient convertir le furfural dérivé de la biomasse en furfurylamine. Cela a servi de réaction modèle pour l'amination réductrice, principal procédé utilisé pour produire des amines primaires.

Le nouveau catalyseur présentait une fréquence de renouvellement de 1850 par heure. Ce chiffre représente une augmentation de six fois de l'efficacité par rapport à un catalyseur à support métallique (RU/NB 2 O 5 ) développé précédemment par certains des mêmes membres de l'équipe, dont Michikazu Hara et Keigo Kamata de l'Institute of Innovative Research de Tokyo Tech.

"Au meilleur de nos connaissances, le catalyseur Ru-NP présentait la fréquence de renouvellement la plus élevée parmi les catalyseurs métalliques rapportés à ce jour pour l'amination réductrice du furfural pour produire de la furfurylamine, " écrit l'équipe dans son étude publiée dans Sciences chimiques .

D'autres expériences pour tester la réutilisation du nouveau catalyseur pour l'amination réductrice du furfural n'ont montré « aucune diminution notable de l'activité, même après quatre réutilisations, " disent les chercheurs, mettant en évidence la robustesse du catalyseur.

Le secret des performances exceptionnelles du catalyseur réside dans sa structure et sa forme distinctives. D'habitude, Ru a une structure compacte hexagonale qui limite les performances catalytiques. En revanche, le nouveau catalyseur a une forte proportion de ce qu'on appelle de forme plate, nanoparticules de ruthénium cubiques à faces centrées immaculées à la surface, qui servent de sites actifs avec une faible capacité de don d'électrons. C'est cette caractéristique qui est considérée comme critique pour permettre une amination réductrice efficace et sélective de divers composés carbonylés.

En plus de faciliter la production d'amines dérivées de la biomasse, le nouveau catalyseur pourrait également aider à répondre aux demandes de l'ensemble de l'industrie de la chimie fine.