Väte förekommer i naturen som H ₂ molekyler; men när deuteriumisotoper – så kallade "tungt väte" – introduceras, resultatet kan bli deuteriumhydrid (HD) eller deuteriumgas (D ₂ ). Dessa föreningar är användbara utgångsmaterial vid finkemisk produktion; dock, den naturliga mängden av dessa gaser är låg och de tekniker som används för att producera D ₂ är dyra och energikrävande. Forskare från Osaka University har nu utvecklat en katalysator som främjar selektiv produktion av D ₂ och HD från det billiga utgångsmaterialet myrsyra i närvaro av D ₂ O. Deras resultat publiceras i Naturkommunikation .

Myrsyra (FA) har låg toxicitet, hög vätehalt, och är också billig och icke brandfarlig, vilket gör det till ett attraktivt vätelagringsmaterial. Betydande ansträngningar har därför ägnats åt att optimera användningen av FA som vätekälla. Dock, tidigare rapporterade reaktioner för att producera deuteriumgaser från FA har krävt den dyra deuteriumformen av FA som utgångsmaterial och material med hög toxicitet. Dessutom, användning av homogena processer, där katalysatorn och reaktanterna är samma fas, har gjort återvinningen av katalysatorerna utmanande och dyr i stor skala.

Forskarna rapporterar om en heterogent katalyserad process, där katalysatorn är en annan fas än reaktanterna, med en palladiumbaserad legeringsnanokatalysator (PdAg). Katalysatorn bärs på ett kiseldioxidsubstrat modifierat med amingrupper som främjar reaktionen. Amingrupperna visade sig vara centrala för reaktionens livsduglighet och en korrelation mellan basiciteten hos de använda amingrupperna och reaktionens selektivitet visades.

"Heterogent katalyserade processer är fördelaktiga eftersom de minskar behovet av utmanande separationer, " Studiens huvudförfattare Kohsuke Mori förklarar. "Ytterligare fördelar med vår process är det kostnadseffektiva myrsyrautgångsmaterialet och kontrollen över produktgasen som vi har visat genom att ställa in amingrupperna på katalysatorytan. Vi visade också att H/D-utbytesreaktionen som leder till bildandet av väteisotopgaserna involverar en kvanttunneleffekt."

Molekyler som innehåller deuterium i stället för väte är extremt användbara forskningsverktyg inom kemi och biovetenskap på grund av deras distinkta egenskaper hos deuteriumkärnor jämfört med väteekvivalenter.

"Efterfrågan på deutererade produkter fortsätter att öka när deras applikationer utvecklas och blir mer utbredda; därför, det är viktigt att göra produktionen av prekursorer mer tillgänglig, ", förklarar studiens motsvarande författare Hiromi Yamashita. "Särskilt Japan är starkt beroende av importerat material, så vi hoppas att vår katalysator kommer att leda till livskraftiga lågkostnadssystem som kommer att kunna tillfredsställa den ökande globala efterfrågan."

Artikeln, "Kontrollerad frisättning av väteisotopföreningar och tunneleffekt i den heterogent katalyserade myrsyradehydreringen, " publicerades i Naturkommunikation .