De rol van oppervlaktemodificatie van nanodeeltjeskatalysatoren in alkynhydrogeneringsreacties werd systematisch onderzocht door de NanoBio Interfaces Group van het Center for Nanoscale Materials, in samenwerking met onderzoekers van de afdelingen Chemical Sciences &Engineering en X-Ray Science van Argonne. Het team verklaart het effect van oppervlakteliganden op de selectiviteit en activiteit van platina en Co/Pt-nanodeeltjes met behulp van experimentele en computationele benaderingen.

Een afstembare balans tussen de adsorptie-energys van alkenen aan het oppervlak van kale en afgedekte nanodeeltjes definieert de selectiviteit van de nanokatalysator voor alkeen in de alkynhydrogeneringsreactie. Toevoeging van primaire alkylaminen aan platina en CoPt ₃ nanodeeltjeskatalysatoren kunnen de selectiviteit voor alkeen drastisch verhogen van 0 tot meer dan 90% met een conversie van ongeveer 99,9%. Het vergroten van de primaire alkylaminedekking op het oppervlak van nanodeeltjes leidt tot een afname van de bindingsenergie van octenen en uiteindelijke concurrentie tussen octeen en primaire alkylaminen voor adsorptieplaatsen. Bij voldoende hoge dekking met primair alkylamine, de alkylaminen domineren, die verdere hydrogenering van alkenen tot alkanen voorkomt. Primaire aminen met verschillende lengtes van koolstofketens hebben vergelijkbare adsorptie-energieën aan het oppervlak van katalysatoren en, bijgevolg, hetzelfde effect op de selectiviteit. Wanneer de adsorptie-energie van het afdekken van liganden aan het katalytische oppervlak lager is dan de adsorptie-energie van alkenen, de liganden hebben geen invloed op de selectiviteit van hydrogenering van alkyn tot alkeen. Anderzijds, capping-liganden met adsorptie-energieën aan het katalytische oppervlak hoger dan die van alkyn verminderen de activiteit ervan, wat resulteert in een lage omzetting van alkynen.

Het belang van dit werk is dat katalysatoren met verbeterde selectiviteit de hoeveelheid gegenereerd chemisch afval sterk kunnen verminderen. Een duidelijk begrip van de rol van het afdekken van liganden op chemisch gesynthetiseerde nanodeeltjes terwijl ze katalytische reacties ondergaan, was tot nu toe verre van compleet. Dit systematische onderzoek onthult de rol van oppervlaktemodificatie van nanokatalysatoren bij de hydrogenering van alkyn.