Katalysatoren vormen de kern van een groenere en duurzamere toekomst voor de chemische productie. Echter, veel van de katalysatoren die momenteel wijdverbreid worden gebruikt, hebben beperkingen die hun efficiëntie beïnvloeden. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben een stabiele en herbruikbare nikkelfosfide-nanolegeringskatalysator voor de hydrogenering van maltose tot maltitol gerapporteerd die conventionele katalysatoren overtreft. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in ACS Duurzame Chemie &Engineering .

Maltitol is een suikeralcohol die veel wordt gebruikt als zoetstof en als voedingsadditief. Het kan worden geproduceerd door maltose te hydrogeneren; echter, de reactie moet selectief zijn om het genereren van ongewenste bijproducten zoals glucose te voorkomen. Rutheniumkatalysatoren zijn efficiënt gebleken voor deze omzetting, maar zijn duur, terwijl goedkopere nikkelalternatieven een lage activiteit hebben en moeilijk te hanteren en opnieuw te gebruiken zijn.

De onderzoekers hebben nu een nikkelfosfide-nanolegeringskatalysator op een hydrotalciet (HT) drager (nano-Ni ₂ P/HT) die een hoge activiteit vertoont voor de selectieve hydrogenering van maltose tot maltitol. De katalysator is ook stabiel in lucht, waardoor hij gemakkelijk te hanteren is.

"Onze katalysator presteerde beter dan conventionele katalysatoren voor maltitolsynthese, hoge activiteit vertonen, zelfs bij omgevingstemperatuur, " zegt studie eerste auteur Sho Yamaguchi. "De HT-ondersteuning bleek de sleutel tot de verbeterde prestaties te zijn. In feite, het omzetgetal van de gedragen katalysator was meer dan 300 keer hoger dan dat van dezelfde katalysator zonder drager."

De katalysator en drager bleken samen te werken in zogenaamde coöperatieve katalyse. De nikkelplaatsen op de nano-Ni ₂ Men denkt dat P het waterstofgas activeert, terwijl wordt aangenomen dat de HT een elektronendonor is en de maltose activeert.

nano-Ni ₂ P/HT kan uit het reactiemengsel worden gefilterd en direct opnieuw worden gebruikt, zonder tijdrovende regeneratiestappen. Bij het vijfde gebruik werd dezelfde hoeveelheid maltitol geproduceerd als toen de katalysator vers was, waaruit blijkt dat de activiteit en selectiviteit behouden bleven na meervoudig gebruik.

De katalysator behaalde zelfs hoge opbrengsten wanneer het reactiemengsel een hoge maltoseconcentratie had (> 50 gew.%), wat aangeeft dat het geschikt zou zijn voor gebruik op industriële schaal.

"De coöperatieve rol van de ondersteuning bij de hoge activiteit van nano-Ni ₂ P/HT is bijzonder opwindend omdat dit gebied nog niet op grote schaal is verkend, " studie corresponderende auteur Takato Mitsudome legt uit. "Wij geloven dat dit mechanisme, ondersteund door de uitstekende eigenschappen die we hebben aangetoond, betekent dat onze katalysator perfect gepositioneerd is om een ​​belangrijke bijdrage te leveren aan de duurzame productie van maltitol."