Investigacion: Papel de las nanopartículas de oro y paladio en la producción de peróxido de hidrógeno
Unos científicos cuya labor ha sido financiada con fondos comunitarios han creado un método más simple y ecológico para producir peróxido de hidrógeno (H2O2), cuyo uso está muy extendido como antiséptico y desinfectante. Este método podría hacer posible la producción in situ de peróxido de hidrógeno en cantidades pequeñas y concentraciones más bajas de las habituales. De esta forma se evitarían los riesgos que llevan aparejados el transporte y el almacenamiento de grandes cantidades de H2O2 muy concentrado.Este trabajo, sobre el que se ha publicado un artículo en la revista Science, recibió apoyo del proyecto AURICAT («Catálisis por oro»), que recibió financiación del programa «Incrementar el potencial humano de investigación y la base de conocimientos socioeconómicos» del Quinto Programa Marco (5PM).
El peróxido de hidrógeno, que es un antiséptico y desinfectante muy potente, constituye una de las sustancias químicas más utilizadas en todo el mundo. Su proceso de fabricación consume una gran cantidad de energía y además, por sus características económicas, esta sustancia se produce en cantidades y concentraciones más elevadas de lo que haría falta en la mayoría de aplicaciones. En consecuencia es necesario almacenar y transportar grandes volúmenes de dicha sustancia, lo cual puede resultar peligroso, como quedó demostrado recientemente tras la explosión de un camión que transportaba peróxido de hidrógeno por una autovía del Reino Unido.
Por todo ello no es de extrañar que los químicos lleven mucho tiempo buscando un método más ecológico y simple de producir H2O2. Se ha demostrado la efectividad del paladio para catalizar la reacción por la que el hidrógeno y el oxígeno se combinan para convertirse en peróxido de hidrógeno. Sin embargo, en cuanto se forma el H2O2, el mismo catalizador provoca que esta sustancia se descomponga en agua.
En el estudio referido, científicos británicos y estadounidenses revelan que una aleación de nanopartículas de paladio y oro cataliza la producción de H2O2 y «desactiva» su posterior descomposición en agua.
«Observamos la importancia de añadir al paladio una leve cantidad de oro», explicó el profesor Christopher Kiely de la Universidad Lehigh (Estados Unidos). «Al parecer, el oro modifica la estructura electrónica y, por consiguiente, también la actividad catalítica del paladio.»
La clave, según los investigadores, estriba en depositar las nanopartículas sobre un soporte de carbono lavado previamente con ácido nítrico (NHO3). Este pretratamiento permite reducir el tamaño medio de las nanopartículas a entre 2 y 25 nanómetros (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro). Al ser más pequeñas, resulta más fácil que las partículas inhiban la reacción de descomposición. Además, el lavado del soporte con ácido redundó en una mejor distribución de las nanopartículas sobre aquél.
«Constatamos que no eran importantes ni la concentración del ácido nítrico ni la duración del lavado», apuntó el profesor Kiely. «Lo importante era sumergir el soporte en ácido nítrico antes de depositar encima las nanopartículas de oro y paladio. Los cambios resultantes en el tamaño y la distribución de las partículas nos permiten retener mucho más peróxido de hidrógeno y hacer más rentable el proceso directo.»
Los investigadores opinan que, una vez perfeccionada, su técnica podría servir para «facilitar la producción de H2O2 con los niveles de concentración del 3% y el 8% que se necesitan en la mayoría de aplicaciones químicas.»
Un dato importante es que de esta manera los usuarios del peróxido de hidrógeno tendrían a su alcance la posibilidad de crearlo en sus propias instalaciones en las cantidades necesarias, por lo que ya no haría falta almacenar y transportar grandes cantidades.
El profesor Kiely lleva quince años colaborando estrechamente con Graham Hutchings, de la Universidad de Cardiff (Reino Unido), en el uso de nanopartículas de oro como catalizadores. Hace tres años descubrieron que es posible utilizar nanopartículas de oro y paladio para transformar alcoholes primarios en aldehídos, reacción importante en la producción de especias y perfumes, de una manera menos perjudicial para el medio ambiente.
Para más información, consulte:
Science: http://www.sciencemag.org
Fuente: Science; Universidad Lehigh
Documento de Referencia: Edwards, JK et al. (2009). Switching off hydrogen peroxide hydrogenation in the direct synthesis process. Science 323: 1037-41. DOI: 10.1126/science.1168980.
Códigos de Clasificación por Materias: Coordinación, Cooperación; Producción industrial; Nanotecnología y nanociencias; Investigación científica
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