Le rôle de la modification de surface des catalyseurs à nanoparticules dans les réactions d'hydrogénation des alcynes a été systématiquement étudié par le groupe NanoBio Interfaces du Center for Nanoscale Materials en collaboration avec des chercheurs des divisions Chemical Sciences &Engineering et X-Ray Science d'Argonne. L'équipe explique l'effet des ligands de surface sur la sélectivité et l'activité des nanoparticules de platine et de Co/Pt en utilisant des approches expérimentales et informatiques.

Un équilibre réglable entre l'énergie d'adsorption des alcènes à la surface des nanoparticules nues et encapsulées définit la sélectivité du nanocatalyseur pour l'alcène dans la réaction d'hydrogénation d'alcyne. Ajout d'alkylamines primaires au platine et au CoPt 3 les catalyseurs à nanoparticules peuvent augmenter considérablement la sélectivité pour l'alcène de 0 à plus de 90 % avec une conversion d'environ 99,9 %. L'augmentation de la couverture d'alkylamine primaire sur la surface des nanoparticules entraîne une diminution de l'énergie de liaison des octènes et une compétition éventuelle entre l'octène et les alkylamines primaires pour les sites d'adsorption. À une couverture suffisamment élevée avec l'alkylamine primaire, les alkylamines dominent, ce qui empêche une nouvelle hydrogénation des alcènes en alcanes. Les amines primaires avec différentes longueurs de chaînes carbonées ont des énergies d'adsorption similaires à la surface des catalyseurs et, par conséquent, le même effet sur la sélectivité. Lorsque l'énergie d'adsorption des ligands de coiffage à la surface catalytique est inférieure à l'énergie d'adsorption des alcènes, les ligands n'affectent pas la sélectivité d'hydrogénation de l'alcyne en alcène. D'autre part, les ligands de coiffage avec des énergies d'adsorption à la surface catalytique supérieures à celle de l'alcyne réduisent son activité, ce qui entraîne une faible conversion des alcynes.

L'importance de ce travail est que les catalyseurs avec une sélectivité améliorée peuvent réduire profondément la quantité de déchets chimiques générés. Une compréhension claire du rôle des ligands coiffants sur les nanoparticules synthétisées chimiquement tout en subissant des réactions catalytiques est jusqu'à présent loin d'être complète. Cette enquête systématique révèle le rôle de la modification de surface des nanocatalyseurs dans l'hydrogénation des alcynes.