De productie van 1-buteen via ethyleendimerisatie is een van de weinige industriële processen die homogene katalyse toepast vanwege de hoge selectiviteit, ondanks de enorme hoeveelheden activatoren en oplosmiddelen die nodig zijn. Nutsvoorzieningen, een nieuw artikel van de Universiteit van Baskenland (UPV/EHU), in samenwerking met de López-groep van het Instituut voor Chemisch Onderzoek van Catalonië (ICIQ) en RTI International, toont een duurzamer alternatief via metaal-organische raamwerken (MOF's), een familie van poreuze materialen gevormd door metalen knopen verbonden door organische liganden.

De wetenschappers tonen aan dat op maat gemaakte MOF's onder condensatieregimes de ethyleendimerisatie tot 1-buteen katalyseren met een hoge selectiviteit en stabiliteit in de afwezigheid van activatoren en oplosmiddelen. Het onderzoek, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , opent nieuwe wegen om robuuste heterogene katalysatoren te ontwikkelen voor een breed scala aan gasfasereacties.

De onderzoekers ontwikkelden defecten in de MOF (Ru)HKUST-1 zonder de raamwerkstructuur in gevaar te brengen via twee strategieën:een conventionele liganduitwisselingsbenadering tijdens MOF-synthese, en een baanbrekende post-synthetische thermische benadering. De onderzoekers karakteriseerden vervolgens de gebreken, waarvan is aangetoond dat ze katalytisch actief zijn voor ethyleendimerisatie.

Dankzij de rekenhulpmiddelen van het Barcelona Supercomputing Center (BSC), de onderzoekers konden realistische MOF-systemen simuleren om de defecten te karakteriseren en het reactiemechanisme te berekenen. Ze ontdekten dat onverzadigde metaalcentra veroorzaakt door defecten de activiteit stimuleren, terwijl de bimetalen aard van het knooppunt de selectiviteit regelt. Na het testen van de katalytische prestaties van het systeem, Vervolgens verbeterden ze de recycleerbaarheid en robuustheid van de katalysator door één cruciale voorwaarde:condensatie in de poriën.

De productie van 1-buteen via ethyleendimerisatie vindt plaats in de gasfase. Wanneer de reactie plaatsvindt bij lage reactantdruk, sommige katalytische sites worden gedeactiveerd vanwege de coördinatie van oligomeren. Maar naarmate de druk toeneemt, de reactantmoleculen kunnen condenseren in de poriën van het materiaal. Een dergelijk concentratie-effect vermijdt deactivering en verhoogt zo de stabiliteit van de katalysator.

De volgende stappen van het project zijn het gebruik van MOF-katalysatoren op basis van overgangsmetalen van de eerste rij en de toepassing van de nieuwe intraporeuze condensatiestrategie op andere gasfasereacties.