Investigadores han desarrollado un catalizador a base de oro que logra altos rendimientos de acetaldehído a partir de bioetanol a temperaturas más bajas que los puntos de referencia anteriores. La innovación, que involucra una mezcla de oro, manganeso y cobre, supera un récord de hace una década mientras promueve la sostenibilidad. Este avance podría hacer que la producción de productos químicos industriales clave sea más respetuosa con el medio ambiente.
El acetaldehído sirve como bloque de construcción vital en la fabricación, particularmente para plásticos y productos farmacéuticos. Tradicionalmente, se produce mediante el proceso de oxidación Wacker basado en etileno, que es costoso y gravoso para el medio ambiente. Un enfoque más verde implica la oxidación selectiva de bioetanol, aunque los catalizadores anteriores luchaban por equilibrar actividad y selectividad, a menudo con rendimientos de acetaldehído inferiores al 90%.
Hace más de una década, científicos como Peng Liu y Emiel J.M. Hensen introdujeron un catalizador Au/MgCuCr2O4 que alcanzó rendimientos superiores al 95% a 250°C y mantuvo la estabilidad durante más de 500 horas. Este hito, detallado en estudios de 2013 a 2017, destacó una interacción clave Au0-Cu+ pero dejó desafíos en la creación de versiones no tóxicas que operen a temperaturas aún más bajas.
En un trabajo reciente, un equipo liderado por el Prof. Peng Liu de la Huazhong University of Science and Technology y el Prof. Emiel J.M. Hensen de la Eindhoven University of Technology avanzó en este campo. Diseñaron catalizadores perovskita Au/LaMnCuO3, variando las proporciones manganeso-cobre mediante un proceso de combustión sol-gel seguido de recubrimiento con nanopartículas de oro. La variante óptima, Au/LaMn0.75Cu0.25O3, entregó un rendimiento del 95% de acetaldehído a 225°C y se mantuvo estable durante 80 horas.
Concentraciones más altas de cobre redujeron el rendimiento, ya que el cobre perdía su estado activo durante las reacciones. Análisis computacionales utilizando teoría del funcional de densidad y modelado microcinético revelaron que el dopaje de cobre en la estructura LaMnO3 crea sitios activos cerca de las partículas de oro. Estos sitios facilitan las interacciones de oxígeno y etanol, reduciendo las barreras energéticas para la reacción.
Los hallazgos, publicados en Chinese Journal of Catalysis (2025, volumen 75, páginas 34), subrayan el valor de la sintonización precisa de la composición para la eficiencia y estabilidad en la producción química sostenible. Los materiales fueron proporcionados por el Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences.
