Penemuan Katalis Baru Memangkas Biaya dan Meningkatkan Kimia Ramah Lingkungan

Sebuah tim dari Universitas Osaka, bersama dengan para kolaborator, telah menciptakan katalis yang hemat biaya untuk proses kimia utama, yang berpotensi membuka jalan bagi inisiatif lebih lanjut untuk mengurangi biaya di sektor kimia.

Industri kimia seringkali bergantung pada logam langka dan mahal untuk memproduksi obat-obatan dan bahan penting lainnya. Mengganti logam-logam ini dengan alternatif yang lebih mudah didapat dan terjangkau dapat meningkatkan kelestarian lingkungan, mengurangi biaya, dan mengurangi kemungkinan gangguan rantai pasokan.

Sekarang, dalam sebuah penelitian yang baru-baru ini diterbitkan di Kimia – Jurnal Eropa, para peneliti dari Universitas Osaka dan mitra kerja sama mereka telah menjawab kebutuhan ini dalam penelitian mereka mengenai transformasi kimia yang bermanfaat bagi industri. Kondisi reaksi sederhana dan lembut yang dilaporkan di sini dapat menginspirasi para peneliti untuk mengurangi penggunaan logam mahal dalam sebanyak mungkin reaksi kimia.

Peran Logam Mulia dan Alternatifnya

Yang disebut logam mulia adalah bahan yang sangat serbaguna. Misalnya, paladium adalah logam pilihan untuk mengkatalisis transformasi kimia – mengubah nitril menjadi amina primer – yang merupakan langkah umum dalam produksi nilon dan plastik. Namun, logam tersebut langka dan mahal. Pengganti yang berbahan dasar logam biasa seperti nikel dapat menjadi katalis yang lebih murah.

Sayangnya, banyak logam murah memerlukan kondisi eksperimen yang menantang, seperti tekanan dan suhu tinggi, untuk transformasi kimia yang disebutkan di atas. Menentukan apakah nikel karbida memiliki keterbatasan serupa – dan jika tidak, mengevaluasi rentang transformasi kimia yang mungkin terjadi dengan katalis ini – adalah tujuan dari studi tim peneliti.

Temuan Penelitian dan Manfaat Katalis

“Dalam pekerjaan kami, kami mempelajari secara menyeluruh reaksi kimia yang mendasari katalis heterogen nanopartikel nikel karbida baru untuk hidrogenasi selektif nitril menjadi amina primer,” jelas Sho Yamaguchi, penulis utama studi tersebut. “Cakupan substrat sangat luas – banyak jenis nitril heteroaromatik dan alifatik dapat mengalami transformasi ini.”

Hidrogenasi berbagai nitril menggunakan katalis nano-Ni3C/Al2O3 pada tekanan 1 bar H2. Kredit: 2024 Yamaguchi dkk., Katalis Nanopartikel Nikel Karbida untuk Hidrogenasi Selektif Nitril menjadi Amina Primer, Kimia – Jurnal Eropa

Ada beberapa keuntungan katalis bagi peneliti. Pertama, meskipun kondisi reaksi yang diperlukan relatif ringan – tekanan hidrogen sebesar 1 atmosfer dan suhu yang relatif rendah sekitar 150°C – katalis masih menunjukkan aktivitas 4 kali lipat dari nanopartikel nikel sederhana. Kedua, katalis dapat digunakan kembali: minimal 3 kali. Ketiga, hasil reaksinya tinggi: hingga 99%.

“Kami sangat gembira bahwa penelitian kami akan membantu meminimalkan penggunaan logam mahal dan menyederhanakan pengaturan eksperimental dari kelas sintesis kimia yang umum,” kata Tomoo Mizugaki, penulis senior. “Selain itu, perhitungan teoretis kami memberikan wawasan yang akan membantu kami mengoptimalkan katalis untuk aplikasi tambahan.”

Pekerjaan ini merupakan langkah maju yang penting dalam meningkatkan keberlanjutan serangkaian reaksi kimia yang diperlukan untuk mensintesis obat-obatan dan banyak produk sehari-hari lainnya. Karena katalis nikel jauh lebih murah dibandingkan logam mulia, dan prosedur eksperimen yang diperlukan sederhana, penerapan yang layak untuk transformasi kimia lebih lanjut seharusnya mudah.

Referensi: “Katalis Nanopartikel Nikel Karbida untuk Hidrogenasi Selektif Nitril menjadi Amina Primer” oleh Sho Yamaguchi, Daiki Kiyohira, Kohei Tada, Taiki Kawakami, Akira Miura, Takato Mitsudome dan Tomoo Mizugaki, 05 Januari 2024, Kimia – Jurnal Eropa.
DOI : 10.1002/kimia.202303573

Studi ini didanai oleh Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains dan Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Olahraga, Sains dan Teknologi.