Investigadores del CSIC han desarrollado un innovador catalizador radical de iridio, que es veinte veces más activo que los convencionales. Este avance, publicado en Nature Chemistry, promete mejorar la eficiencia y sostenibilidad en el uso de metales preciosos en la industria química. La investigación abre nuevas posibilidades para el diseño de catalizadores más económicos y efectivos, además de explorar su aplicación con otros metales como paladio y platino.
Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han logrado demostrar la viabilidad de los catalizadores radicales de metales preciosos, que hasta ahora se consideraban demasiado inestables para su aplicación industrial. Este avance, publicado en la prestigiosa revista Nature Chemistry, abre nuevas posibilidades para el diseño de catalizadores más eficientes y un uso más sostenible de estos metales en la industria química.
El equipo ha desarrollado un nuevo catalizador de iridio con una configuración radical, conocida como capa abierta, que ha demostrado ser veinte veces más activa que su versión convencional. La investigación se centró en una reacción de isomerización de olefinas, un proceso ampliamente estudiado donde el iridio ya había mostrado su potencial como catalizador.
Lo relevante no es solo la reacción utilizada, sino que por primera vez se evidencia la viabilidad y superioridad de estas configuraciones radicales. Aunque estas estructuras son comunes en otros metales, en el caso de los metales preciosos se consideraban demasiado inestables para su uso práctico. “Nuestro método demuestra que los catalizadores radicales de metales preciosos no solo son posibles, sino que tienen un futuro prometedor”, afirma Jesús Campos, autor principal del estudio e investigador en el Instituto de Investigaciones Químicas, donde se llevó a cabo todo el trabajo experimental.
Los estudios computacionales realizados junto a la Universidad Complutense de Madrid revelaron que el ciclo catalítico de isomerización era idéntico para ambos tipos de catalizador; sin embargo, la estructura radical reducía significativamente las barreras energéticas en pasos críticos. “Estos hallazgos podrían reducir los costes en procesos industriales clave, especialmente en el ámbito de la química fina”, añade Campos.
Los catalizadores de metales preciosos son compuestos moleculares creados mediante la unión de un metal de transición y una molécula orgánica, que modula sus propiedades catalíticas. El estudio reciente ha evidenciado que las estructuras electrónicas radicales son más eficientes que las convencionales debido a su mayor complejidad química.
“Los catalizadores convencionales ofrecen rutas alternativas para reacciones químicas, pero los radicales proporcionan interacciones adicionales que disminuyen aún más la energía necesaria”, explica Campos. Aunque estos catalizadores son más efectivos, también presentan desafíos debido a su inestabilidad y dificultad para controlarse. Anteriormente se habían creado moléculas con configuraciones radicales de iridio, pero ninguna era lo suficientemente estable para ser activas en catálisis.
Los catalizadores basados en metales preciosos, como el iridio y el platino, son esenciales en procesos de química fina destinados a producir moléculas complejas utilizadas en agroquímicos y medicamentos. Sin embargo, estos metales son extremadamente escasos, con concentraciones mínimas en la corteza terrestre.
Aunque la cantidad utilizada en reacciones es limitada y los catalizadores no se consumen durante el proceso (aunque pueden inutilizarse), su disponibilidad es restringida y su escasez se traduce en altos costos. Por ello, desarrollar alternativas más eficientes que permitan utilizar menos metal es crucial para la industria química actual.