In een ontwikkeling die erop gericht is de chemische industrie op wereldschaal te transformeren, heeft professor Chang Ho Yoo van de afdeling Scheikunde van UNIST met succes een zeer efficiënte en stabiele carbonyleringskatalytische reactie ontwikkeld met behulp van nikkelkatalysatoren. Deze prestatie, gepubliceerd in Science , biedt een veelbelovend alternatief voor de veelgebruikte rhodiumkatalysatoren in het acetylproces.

Carbonylering is een cruciale reactie die betrokken is bij de omzetting van methanol in azijnzuur en esterverbindingen in organisch zuuranhydride. Met ruim 13 miljoen ton acetylverbindingen die jaarlijks wereldwijd worden geproduceerd, speelt deze reactie een cruciale rol in de chemische industrie.

Traditioneel worden edelmetalen zoals rhodium en iridium gebruikt als katalysatoren in het commerciële carbonyleringsproces. Deze metalen vormen echter uitdagingen vanwege hun schaarste, hoge kosten, toxiciteit en impact op het milieu. In dit baanbrekende onderzoek heeft professor Yoo de overvloedige nikkel-transitiemetalen benut als een duurzaam en kosteneffectief alternatief.

Bestaande nikkelkatalysatoren hebben een beperkte katalytische activiteit en worden sinds de jaren zeventig niet meer in de industrie gebruikt. Het onderzoeksteam van professor Yoo heeft deze beperking met succes aangepakt door een op imidazol gebaseerd N-heterocyclisch carbeenligand te gebruiken, ter vervanging van de conventionele fosfineliganden die in traditionele nikkelkatalysatoren worden gebruikt. De carbeenligand vertoonde superieure stabiliteit en activiteit en vertoonde vergelijkbare prestaties als de rhodiumkatalysatoren die momenteel in commerciële toepassingen worden gebruikt.

"We hebben een nikkelkatalysator ontwikkeld die overeenkomt met het activiteitsniveau van de bestaande rhodiumkatalysator", aldus professor Yoo. "Deze prestatie is opmerkelijk omdat het de weg vrijmaakt voor het praktische gebruik van nikkelkatalysatoren in industriële omgevingen." De onderzoeksresultaten zijn uitgevoerd door het team van professor Yoo aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill.

Deze ontwikkeling biedt niet alleen een duurzaam alternatief voor edelmetaalkatalysatoren, maar heeft ook het potentieel om een ​​revolutie in de chemische industrie teweeg te brengen door de wijdverbreide toepassing van nikkelkatalysatoren mogelijk te maken. De overvloed, de lage kosten en de verminderde impact op het milieu van nikkel maken het een aantrekkelijke optie voor grootschalige industriële toepassingen. Naarmate deze doorbraak in het onderzoek vordert in de richting van commercialisering, wordt verwacht dat dit aanzienlijke vooruitgang zal opleveren in het carbonyleringsproces en nieuwe wegen zal openen voor duurzame en efficiënte chemische productie.

Meer informatie: Changho Yoo et al, Nikkel-gekatalyseerde estercarbonylering bevorderd door van imidazool afgeleide carbenen en zouten, Wetenschap (2023). DOI:10.1126/science.ade3179

Journaalinformatie: Wetenschap

Aangeboden door Ulsan Nationaal Instituut voor Wetenschap en Technologie