Lista de materiales de soporte para catalizadores de paladio

Los catalizadores de paladio son esenciales en muchas reacciones químicas, sobre todo en la hidrogenación, la oxidación y la formación de enlaces carbono-carbono. La eficacia de los catalizadores de paladio depende en gran medida de la elección del material de soporte. El soporte no sólo proporciona una gran superficie para la dispersión del paladio, sino que también afecta a la estabilidad, actividad y selectividad del catalizador.

A continuación se presentan los principales materiales de soporte utilizados en la catálisis del paladio, cada uno de los cuales ofrece ventajas únicas para diferentes aplicaciones:

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Fig. 1 Catalizadores de paladio basados en carbono

1. Soportes basados en carbono

• Carbón activado (Pd/C): Como uno de los materiales de soporte más comunes, el carbón activado proporciona una elevada área superficial para la dispersión de paladio. El Pd/C es especialmente eficaz en reacciones de hidrogenación y síntesis de química fina. La elevada porosidad y estabilidad del carbono contribuyen a la reutilización del catalizador.
• Nanotubos de carbono (Pd/CNT): Los nanotubos de carbono ofrecen una superficie aún mayor y una conductividad excelente en comparación con el carbono activado. Suelen utilizarse en aplicaciones avanzadas como pilas de combustible y sensores debido a su gran estabilidad térmica y química.

2. Alúmina (Al2O3)

• Paladio sobre alúmina (Pd/Al2O3): La alúmina es un soporte muy utilizado debido a su gran estabilidad térmica y a su capacidad para soportar reacciones a altas temperaturas. El Pd/Al2O3 se utiliza habitualmente en procesos catalíticos de reformado y deshidrogenación, en los que la resistencia a altas temperaturas es crucial.
• Gamma-Alúmina: Esta forma de alúmina es conocida por su elevada área superficial y sus propiedades ácidas sintonizables, que pueden adaptarse a reacciones específicas, como la oxidación selectiva o la hidrogenación.

3. Sílice (SiO2)

• Paladio sobre sílice (Pd/SiO2): La sílice ofrece una elevada superficie y se utiliza a menudo en reacciones que requieren un soporte neutro. El Pd/SiO2 es especialmente eficaz en reacciones como la hidrogenación y la deshidrogenación de compuestos orgánicos. La estabilidad y baja acidez de la sílice la hacen adecuada para procesos en los que las interacciones ácidas del soporte son indeseables.

4. Zeolitas

• Paladio sobre zeolitas (Pd/Zeolita): Las zeolitas, con su estructura porosa altamente ordenada, proporcionan propiedades catalíticas únicas debido a sus características ácido-base y selectividad de forma. Los catalizadores de Pd/zeolita se utilizan a menudo en reacciones como la hidrogenación selectiva y el hidrocraqueo, en las que el tamaño y la forma de los poros pueden dirigir la actividad catalítica.
• Zeolitas jerárquicas: Estas zeolitas tienen tanto microporos como mesoporos, ofreciendo una mejor accesibilidad para moléculas más grandes y una mejor estabilidad, particularmente en reacciones como la oxidación selectiva.

5. Óxidos metálicos

• Paladio sobre dióxido de titanio (Pd/TiO2): El dióxido de titanio es un material de soporte estable y versátil. El Pd/TiO2 se utiliza en reacciones como la hidrogenación y la oxidación, en las que el soporte de titanio desempeña un papel en la transferencia de electrones y la fotocatálisis, especialmente bajo luz ultravioleta.
• Paladio sobre circonio (Pd/ZrO2): La circonia se utiliza por su gran estabilidad a altas temperaturas. El Pd/ZrO2 es eficaz en reacciones como la hidrogenación y la oxidación selectivas, en las que son esenciales tanto las propiedades catalíticas del paladio como la estabilidad térmica de la zirconia.

6. Magnesia (MgO)

• Paladio sobre magnesia (Pd/MgO): El óxido de magnesio sirve de soporte al paladio en reacciones en las que son importantes tanto las propiedades básicas como las térmicas. Los catalizadores Pd/MgO son especialmente útiles en procesos catalíticos de hidrogenación y reformado.

7. Grafeno

• Paladio sobre grafeno (Pd/Grafeno): El grafeno, con su elevada área superficial, conductividad eléctrica y resistencia mecánica, se utiliza cada vez más como soporte para el paladio. Los catalizadores de Pd/grafeno son muy eficaces en aplicaciones de hidrogenación y pilas de combustible, ofreciendo propiedades electrónicas y actividad mejoradas.

8. Soportes poliméricos

• Paladio sobre polímeros (Pd/Polímero): Polímeros como el poliestireno o el polietileno pueden utilizarse como soportes del paladio en reacciones especializadas, a menudo en catálisis en fase líquida. Estos soportes pueden ofrecer una selectividad y estabilidad únicas en procesos catalíticos en los que intervienen disolventes orgánicos.

9. Soportes metálicos

• Paladio sobre oro (Pd/Au): En algunos casos, el oro se utiliza como soporte del paladio debido a sus propiedades electrónicas únicas. Los catalizadores de Pd/Au son especialmente eficaces en determinados tipos de reacciones de oxidación e hidrogenación, en las que la superficie de oro potencia la actividad del paladio.
• Paladio sobre cobre (Pd/Cu): El cobre soporta al paladio en reacciones que requieren un equilibrio de propiedades de oxidación y reducción. Los catalizadores de Pd/Cu suelen utilizarse en procesos como la hidrogenación y la oxidación selectiva.

Catalizadores a base de paladio sobre diversos soportes

Esta tabla destaca los diversos materiales de soporte utilizados para los catalizadores basados en paladio, sus propiedades distintivas y sus respectivas áreas de aplicación. Para más información, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).

Conclusión

La elección del material de soporte de los catalizadores de paladio desempeña un papel fundamental en la determinación de la eficacia, estabilidad y selectividad del catalizador en diversas reacciones. Al optimizar la interacción entre el paladio y su soporte, los investigadores e ingenieros pueden mejorar la eficacia de las reacciones y ampliar el alcance de la catálisis con paladio en los procesos químicos modernos.

Referencias:

[1] Roman M. Mironenko, Olga B. Belskaya, Tatiana I. Gulyaeva, Mikhail V. Trenikhin, Vladimir A. Likholobov, Nanopartículas de paladio soportadas sobre nanoglóbulos de carbono como catalizadores eficientes para la obtención de benzocaína mediante hidrogenación selectiva de 4-nitrobenzoato de etilo, Catalysis Communications, Volumen 114, 2018, Páginas 46-50, ISSN 1566-7367, https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.06.002.