E’ italiano il rivoluzionario modo di progettare, studiare e realizzare catalizzatori

Monossido di carbonio, l’università di Trieste ha scoperto come tenerlo sotto controllo

Ricadute anche per la produzione sostenibile di idrogeno e degli impianti petrolchimici

[22 luglio 2013]

Science Express  ha pubblicato lo studio “Control of Metal Nanocrystal Size Reveals Metal-Support Interface Role for Ceria Catalysts”, nel quale un team di ricercatori dell’università degli studi di Trieste con collaborazioni negli Usa, spiega di aver «Messo a punto un metodo semplice ed efficace per comprendere come funzionano i catalizzatori eterogenei» e sottolinea che questo avrà notevoli e immediate applicazioni future: «Dalla conversione del monossido di carbonio, noto gas killer prodotto da stufe mal funzionanti e impianti industriali, alla produzione sostenibile di idrogeno, vettore energetico del futuro, dal miglioramento del funzionamento di impianti petrolchimici all’ottimizzazione di innumerevoli processi chimici».

Il metodo è stato messo a punto da un gruppo di ricercatori dell’Ateneo triestino, coordinato dal Paolo Fornasiero e Matteo Cargnello, in collaborazione con i gruppi di ricerca di Christopher B. Murray e Raymond J. Gorte, dell’Università della Pennsylvania,  e di  Eric A. Stach del Brookhaven national laboratory di Upton.

Il team triestino su Science svela il segreto per la produzione di catalizzatori molto più efficaci di quelli esistenti «Per la conversione del monossido di carbonio nella più innocua anidride carbonica» e getta le basi «Per rivoluzionare il modo di progettare tutti i catalizzatori esistenti».

La ricerca è stata realizzata anche grazie a un contributo dell’università di Trieste che ha anche finanziato la borsa di dottorato di ricerca di Cargnello ed ha assegnato al Gruppo di Fornasiero un finanziamento specifico (Fondo di Ricerca di Ateneo 2011), e dell’Istituto di chimica dei composti organometallici del

Cnr (Iccom-Cnr) di Firenze.

Fornasiero, del dipartimento di scienze chimiche e farmaceutiche dell’università di Trieste, membro del Consorzio Instme associato all’Istituto Iccom-Cnr di Firenze, spiega che «Attualmente la maggior parte dei processi industriali utilizza catalizzatori eterogenei, cioè sistemi presenti in una fase solida, differente da quella gassosa dei reagenti: un tipico esempio è quello delle marmitte catalitiche nelle automobili, che sono dei solidi in grado di trasformare i gas di scarico della combustione in prodotti innocui. Il nostro approccio prevede di costruire i catalizzatori a partire da mattoncini simili alle costruzioni del famoso “Lego”, ma di dimensioni nanometriche (piccolissime – un miliardesimo di metro) e assolutamente tutti identici tra loro. Una volta assemblati su un apposito supporto (la base delle costruzioni “Lego”), è possibile studiare con grandissima precisione tali materiali e capirne il funzionamento. In pratica si identificano quali atomi sono maggiormente “attivi” nell’accelerare le reazioni chimiche di interesse. Ciò consentirà di realizzare nuovi materiali che contengano quasi esclusivamente atomi “attivi”. Ciò permetterà di esaltare l’efficienza del catalizzatore riducendone il costo, dal momento che nella maggior parte dei casi i catalizzatori contengono metalli preziosi e rari».

Cargnello, primo co-autore della ricerca, dottore di ricerca in nanotecnologie dell’università di Trieste e attualmente post-doc alla University of Pennsylvania, evidenzia che «La procedura è il brillante risultato della combinazione di diverse discipline nel campo delle nanotecnologie. Le tecniche di sintesi utilizzate, infatti, sviluppate da anni dal Prof. Christopher B. Murray della UPenn, sono oggi comuni nel campo della chimica dei nano cristalli utilizzati nell’elettronica, nella fotonica e nel magnetismo, ma non erano mai state utilizzate in precedenza nel settore della catalisi. Abbiamo ottenuto materiali a base di nano particelle di metalli quali platino, palladio o nickel, con morfologie regolari e perfettamente note, e depositati su diversi ossidi. Lo studio ci ha consentito di dimostrare come l’ossidazione del monossido di carbonio avvenga con una velocità estremamente superiore sugli atomi dei metalli di tali nano particelle che si trovano in contatto con un supporto riducibile quale l’ossido di cerio».

E’ stata essenziale la caratterizzazione strutturale condotta con i più avanzati microscopi dell’americano  Brookhaven National Laboratory da Stach e Fornasero sottolinea che «Ridurre l’impatto ambientale e favorire molti processi industriali è davvero possibile. Le applicazioni future possono essere notevoli:  considerando il fatto che la gran parte dell’industria, dalla petrolchimica alla sintesi di polimeri, dalla sintesi di fertilizzanti alla farmaceutica, usa catalizzatori per far avvenire le trasformazioni chimiche, la scoperta porterà a ricadute pratiche enormi e in tempi rapidissimi. La collaborazione internazionale con prestigiosi centri di ricerca è stata la chiave di volta che ha consentito di raggiungere l’ambizioso risultato, che con un pizzico di orgoglio si aggiunge alle pubblicazioni sulla prestigiosa rivista Science su argomenti correlati ottenute nel 2005 e nel 2012».