Waterstof komt in de natuur voor als H ₂ moleculen; wanneer echter deuteriumisotopen - de zogenaamde "zware waterstof" - worden geïntroduceerd, het resultaat kan deuteriumhydride (HD) of deuteriumgas (D .) zijn ₂ ). Deze verbindingen zijn bruikbare uitgangsmaterialen bij de productie van fijnchemicaliën; echter, de natuurlijke abundantie van deze gassen is laag en de technieken die worden gebruikt voor het produceren van D ₂ zijn duur en energie-intensief. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben nu een katalysator ontwikkeld die de selectieve productie van D . bevordert ₂ en HD uit het goedkope uitgangsmateriaal mierenzuur in aanwezigheid van D ₂ O. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Mierenzuur (FA) heeft een lage toxiciteit, hoog waterstofgehalte, en is ook goedkoop en niet-ontvlambaar, waardoor het een aantrekkelijk waterstofopslagmateriaal is. Er zijn daarom aanzienlijke inspanningen geleverd om het gebruik van FA als waterstofbron te optimaliseren. Echter, eerder gerapporteerde reacties om deuteriumgassen uit FA te produceren, vereisten de dure deuteriumvorm van FA als uitgangsmateriaal en materialen met een hoge toxiciteit. In aanvulling, het gebruik van homogene processen, waarbij de katalysator en de reactanten dezelfde fase zijn, heeft de terugwinning van de katalysatoren op grote schaal uitdagend en duur gemaakt.

De onderzoekers rapporteren een heterogeen gekatalyseerd proces, waarbij de katalysator een andere fase is dan de reactanten, met behulp van een op palladium gebaseerde legering nanokatalysator (PdAg). De katalysator wordt gedragen op een silicasubstraat dat is gemodificeerd met aminegroepen die de reactie bevorderen. De aminegroepen bleken centraal te staan ​​in de levensvatbaarheid van de reactie en er werd een correlatie aangetoond tussen de basiciteit van de gebruikte aminegroepen en de selectiviteit van de reactie.

"Heterogeen gekatalyseerde processen zijn voordelig omdat ze de behoefte aan uitdagende scheidingen verminderen, " studie hoofdauteur Kohsuk Mori legt uit. "Verdere voordelen van ons proces zijn het kosteneffectieve uitgangsmateriaal van mierenzuur en de controle over het productgas dat we hebben aangetoond door de aminegroepen op het katalysatoroppervlak af te stemmen. We hebben ook aangetoond dat de H/D-uitwisselingsreactie die leidt tot de vorming van de waterstofisotoopgassen een kwantumtunneleffect met zich meebrengt."

Moleculen die deuterium bevatten in plaats van waterstof zijn uiterst nuttige onderzoeksinstrumenten in de chemie en biowetenschappen vanwege hun duidelijke eigenschappen van deuteriumkernen in vergelijking met waterstofequivalenten.

"De vraag naar gedeutereerde producten blijft toenemen naarmate hun toepassingen worden ontwikkeld en wijdverbreid worden; daarom het is belangrijk om de productie van precursoren toegankelijker te maken, " studie corresponderende auteur Hiromi Yamashita legt uit. "Vooral Japan is sterk afhankelijk van geïmporteerde materialen, dus we hopen dat onze katalysator zal leiden tot levensvatbare, goedkope systemen die aan de toenemende wereldwijde vraag kunnen voldoen."

Het artikel, "Gecontroleerde afgifte van waterstofisotoopverbindingen en tunneleffect bij de heterogeen gekatalyseerde dehydrogenering van mierenzuur, " werd gepubliceerd in Natuurcommunicatie .