A lista de materiais de suporte para catalisadores de paládio

Os catalisadores de paládio são essenciais em muitas reações químicas, principalmente na hidrogenação, oxidação e formação de ligações carbono-carbono. A eficácia dos catalisadores de paládio é significativamente influenciada pela escolha do material de suporte. O suporte não só fornece uma grande área de superfície para a dispersão de paládio, mas também afeta a estabilidade, a atividade e a seletividade do catalisador.

Abaixo estão os principais materiais de suporte usados na catálise de paládio, cada um oferecendo vantagens exclusivas para diferentes aplicações:

[1]

Fig. 1 Catalisadores de paládio à base de carbono

1. Suportes à base de carbono

• Carbono ativado (Pd/C): Como um dos materiais de suporte mais comuns, o carvão ativado fornece uma área de superfície alta para a dispersão de paládio. O Pd/C é particularmente eficaz em reações de hidrogenação e síntese de química fina. A alta porosidade e a estabilidade do carbono contribuem para a reutilização do catalisador.
• Nanotubos de carbono (Pd/CNT): Os nanotubos de carbono oferecem uma área de superfície ainda maior e excelente condutividade em comparação com o carvão ativado. Eles são usados com frequência em aplicações avançadas, como células de combustível e sensores, devido à sua alta estabilidade térmica e química.

2. Alumina (Al2O3)

• Paládio sobre alumina (Pd/Al2O3): A alumina é um suporte amplamente utilizado devido à sua alta estabilidade térmica e capacidade de suportar reações de alta temperatura. O Pd/Al2O3 é comumente usado em processos de reforma catalítica e desidrogenação, em que a resistência a altas temperaturas é crucial.
• Gamma-Alumina: essa forma de alumina é conhecida por sua alta área de superfície e propriedades ácidas ajustáveis, que podem ser adaptadas para reações específicas, como oxidação seletiva ou hidrogenação.

3. Sílica (SiO2)

• Paládio sobre sílica (Pd/SiO2): A sílica oferece uma alta área de superfície e é frequentemente usada em reações que exigem um suporte neutro. O Pd/SiO2 é particularmente eficaz em reações como hidrogenação e desidrogenação de compostos orgânicos. A estabilidade e a baixa acidez da sílica a tornam adequada para processos em que as interações de suporte ácido são indesejáveis.

4. Zeólitas

• Paládio em zeólitas (Pd/Zeólita): As zeólitas, com sua estrutura porosa altamente ordenada, oferecem propriedades catalíticas exclusivas devido às suas características ácido-base e seletividade de forma. Os catalisadores de Pd/zeólita são frequentemente usados em reações como hidrogenação seletiva e hidrocraqueamento, em que o tamanho e a forma dos poros podem direcionar a atividade catalítica.
• Zeólitas hierárquicas: Essas zeólitas têm microporos e mesoporos, oferecendo melhor acessibilidade para moléculas maiores e melhor estabilidade, especialmente em reações como a oxidação seletiva.

5. Óxidos metálicos

• Paládio sobre dióxido de titânio (Pd/TiO2): O dióxido de titânio é um material de suporte estável e versátil. O Pd/TiO2 é usado em reações como hidrogenação e oxidação, em que o suporte de titânia desempenha um papel na transferência de elétrons e na fotocatálise, especialmente sob luz UV.
• Paládio sobre zircônia (Pd/ZrO2): A zircônia é usada por sua alta estabilidade em altas temperaturas. O Pd/ZrO2 é eficaz em reações como hidrogenação e oxidação seletivas, em que tanto as propriedades catalíticas do paládio quanto a estabilidade térmica da zircônia são essenciais.

6. Magnésia (MgO)

• Paládio sobre magnésia (Pd/MgO): O óxido de magnésio suporta o paládio em reações em que as propriedades básicas e térmicas são importantes. Os catalisadores de Pd/MgO são particularmente úteis em processos catalíticos de hidrogenação e reforma.

7. Grafeno

• Paládio sobre grafeno (Pd/Grafeno): O grafeno, com sua alta área de superfície, condutividade elétrica e resistência mecânica, está sendo cada vez mais usado como suporte para o paládio. Os catalisadores de Pd/grafeno são altamente eficazes em aplicações de hidrogenação e células de combustível, oferecendo propriedades eletrônicas e atividade aprimoradas.

8. Suportes poliméricos

• Paládio em polímeros (Pd/Polímero): Polímeros como o poliestireno ou o polietileno podem ser usados para suportar o paládio em reações especializadas, geralmente em catálise em fase líquida. Esses suportes podem oferecer seletividade e estabilidade exclusivas em processos catalíticos que envolvem solventes orgânicos.

9. Suportes metálicos

• Paládio sobre ouro (Pd/Au): Em alguns casos, o ouro é usado como suporte para o paládio devido às suas propriedades eletrônicas exclusivas. Os catalisadores de Pd/Au são particularmente eficazes em determinados tipos de reações de oxidação e hidrogenação, em que a superfície de ouro aumenta a atividade do paládio.
• Paládio sobre cobre (Pd/Cu): O cobre suporta o paládio em reações que exigem um equilíbrio entre as propriedades de oxidação e redução. Os catalisadores de Pd/Cu são frequentemente usados em processos como hidrogenação e oxidação seletiva.

Catalisadores à base de paládio em vários suportes

Esta tabela destaca os diversos materiais de suporte usados para catalisadores à base de paládio, suas propriedades distintas e suas respectivas áreas de aplicação. Para obter mais informações, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Conclusão

A escolha do material de suporte para catalisadores de paládio desempenha um papel fundamental na determinação da eficácia, estabilidade e seletividade do catalisador em várias reações. Ao otimizar a interação entre o paládio e seu suporte, pesquisadores e engenheiros podem aumentar a eficiência da reação e expandir o escopo da catálise de paládio em processos químicos modernos.

Referências:

[1] Roman M. Mironenko, Olga B. Belskaya, Tatiana I. Gulyaeva, Mikhail V. Trenikhin, Vladimir A. Likholobov, Nanopartículas de paládio suportadas em nanoglóbulos de carbono como catalisadores eficientes para a obtenção de benzocaína via hidrogenação seletiva de 4-nitrobenzoato de etila, Catalysis Communications, Volume 114, 2018, Páginas 46-50, ISSN 1566-7367, https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.06.002.