L'hydrogène est présent dans la nature sous forme de H 2 molécules; cependant, lorsque les isotopes du deutérium, appelés "hydrogène lourd", sont introduits, le résultat peut être de l'hydrure de deutérium (HD) ou du gaz de deutérium (D 2 ). Ces composés sont des matières premières utiles dans la production de chimie fine; cependant, l'abondance naturelle de ces gaz est faible et les techniques utilisées pour produire D 2 sont coûteux et énergivores. Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont maintenant développé un catalyseur qui favorise la production sélective de D 2 et HD à partir de la matière première peu coûteuse, l'acide formique en présence de D 2 O. Leurs conclusions sont publiées dans Communication Nature .

L'acide formique (AF) a une faible toxicité, haute teneur en hydrogène, et est également peu coûteux et ininflammable, ce qui en fait un matériau de stockage d'hydrogène attractif. Un effort important a donc été consacré à l'optimisation de l'utilisation de l'AF comme source d'hydrogène. Cependant, les réactions précédemment rapportées pour produire des gaz de deutérium à partir de FA ont nécessité la forme coûteuse de deutérium de FA comme matériau de départ et des matériaux à haute toxicité. En outre, l'utilisation de procédés homogènes, où le catalyseur et les réactifs sont la même phase, a rendu la récupération des catalyseurs difficile et coûteuse à grande échelle.

Les chercheurs rapportent un processus catalysé de manière hétérogène, dans laquelle le catalyseur est une phase différente des réactifs, utilisant un nanocatalyseur en alliage à base de palladium (PdAg). Le catalyseur est supporté sur un substrat de silice modifié avec des groupes amine qui favorisent la réaction. Les groupes amine se sont avérés essentiels à la viabilité de la réaction et une corrélation entre la basicité des groupes amine utilisés et la sélectivité de la réaction a été démontrée.

« Les processus catalysés de manière hétérogène sont avantageux car ils réduisent le besoin de séparations difficiles, " L'auteur principal de l'étude, Kohsuke Mori, explique. " Les autres avantages de notre procédé sont le matériau de départ d'acide formique rentable et le contrôle du gaz produit que nous avons démontré en ajustant les groupes amine sur la surface du catalyseur. Nous avons également montré que la réaction d'échange H/D qui conduit à la formation des gaz isotopiques de l'hydrogène implique un effet tunnel quantique."

Les molécules qui contiennent du deutérium à la place de l'hydrogène sont des outils de recherche extrêmement utiles en chimie et en sciences de la vie en raison de leurs propriétés distinctes des noyaux de deutérium par rapport aux équivalents hydrogène.

« La demande de produits deutérés continue d'augmenter à mesure que leurs applications se développent et se généralisent ; par conséquent, il est important de rendre la production de précurseurs plus accessible, », explique l'auteur correspondant de l'étude, Hiromi Yamashita. « Le Japon, en particulier, dépend fortement des matériaux importés, nous espérons donc que notre catalyseur conduira à des systèmes viables à faible coût qui seront en mesure de satisfaire la demande mondiale croissante."

L'article, "Libération contrôlée de composés isotopiques de l'hydrogène et effet tunnel dans la déshydrogénation de l'acide formique catalysée de manière hétérogène, " a été publié dans Communication Nature .