Veel productiefaciliteiten (bijv. kunststoffabrikanten, farmaceutische bedrijven, en anderen) gebruiken nanokatalysatoren die palladium bevatten, een duur onderdeel dat niet duurzaam wordt geproduceerd. Een chemicus van de RUDN University vond een manier om het palladiumverbruik te verminderen en de productie ervan milieuvriendelijker te maken. Hij ontwikkelde een katalysator op basis van een stof die afkomstig is van plantaardig afval. Met behulp van zijn uitvinding, fabrikanten zouden het palladiumverbruik kunnen halveren. Bovendien, nieuwe katalysatoren kunnen meerdere keren worden hergebruikt zonder dat de efficiëntie afneemt. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Moleculaire Katalyse .

Kruiskoppeling is een type reactie waarbij koolstofatomen van verschillende organische moleculen worden gecombineerd. Kruiskoppelingsreacties komen het meest voor in de industriële chemie. Ze worden gebruikt om kunststoffen te synthetiseren, medicinale medicijnen, en andere verbindingen en zijn alleen verantwoordelijk voor 17% van alle reacties in de medische chemie. Het belangrijkste onderdeel van kruiskoppeling is palladium nanodeeltjes. Palladium is een van de zeldzaamste elementen op aarde, waardoor het een zeer dure katalysator is. Bovendien, het wordt voornamelijk geproduceerd in mijnbouwinstallaties die een aanzienlijke bedreiging vormen voor het milieu. Een chemicus van de RUDN University stelde voor om al deze problemen op te lossen met één nieuwe aanpak.

Het verbruik van palladium bij kruiskoppelingsreacties neemt toe omdat de deeltjes van palladiumbevattende katalysatoren de neiging hebben om aan elkaar te binden. Er zijn twee manieren om dit te stoppen. Men zou de chemische eigenschappen van de deeltjes kunnen wijzigen om de reactie tussen hun oppervlakken te verzwakken wanneer ze in contact komen. Alternatief, het metaal kan fysiek op zijn plaats worden gehouden met een raamwerk of een rooster. De chemicus van de RUDN University koos voor de tweede methode en sloot metaaldeeltjes op hun respectievelijke plaatsen op met behulp van een meerlagige schaal met een magnetische kern.

De kern van de nieuwe nanokatalysator bestaat uit ijzeroxide met hoge magnetische eigenschappen. De coating is gemaakt van een op catechol gebaseerd polymeer. Catechol is een stof die wordt aangetroffen in de celwanden van planten en wordt geproduceerd uit plantaardig afval. Beide lagen zijn aanvullend en hebben geen katalytische activiteit. De katalytische eigenschappen van de verbinding zijn afkomstig van palladium-nanodeeltjes die in de tweede laag zijn opgenomen. Het polymeer fixeert de deeltjes op hun plaats en voorkomt dat ze aan elkaar binden.

De nieuwe katalysatorstructuur vereist twee keer zo weinig palladium als de oude:1,5% van het totale nanodeeltjesgewicht in plaats van 3-6%. Bovendien, na een paar productiecycli, de kern van het nanocomposietmateriaal kan worden schoongemaakt en hergebruikt. Deze methode is niet alleen goed voor het milieu, maar ook economisch haalbaar, omdat het de productie van geneesmiddelen zal maken, kunststoffen, en andere producten goedkoper.

"Tegenwoordig zijn chemici vooral geïnteresseerd in groene katalysatoren. Onze nanokatalysatoren bevatten een product van recycling van plantaardig afval en werken tegelijkertijd efficiënt in kruiskoppelingsreacties. Daarom niet alleen zijn ze in staat om het palladiumverbruik te verminderen en het productieproces goedkoper te maken, maar ook goed voor het milieu. Bovendien, we zijn erin geslaagd om de universele aard van polymeren op basis van plantaardige catecholen te demonstreren. Dezelfde benadering kan worden gebruikt bij het werken met andere metalen, waaronder platina, zilver, of goud, of met katalysatoren van andere organische reacties, " zei Rafael Luque, doctoraat, Hoofd van het Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine Science Center aan de RUDN University.