Pubblicato su Science uno studio internazionale che utilizza l’anidride carbonica come fonte di ossigeno nelle reazioni chimiche. Il metodo combina luce visibile, catalizzatori a base di ferro e condizioni operative più sicure rispetto ai processi tradizionali.
Utilizzare l’anidride carbonica non solo come fonte di carbonio, ma anche come fonte di ossigeno per produrre molecole di interesse industriale: è il risultato di uno studio internazionale pubblicato sulla rivista Science, a cui hanno contribuito il Politecnico di Milano e il Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”.
La ricerca, di cui si legge in un comunicato stampa del Polimi, apre una nuova prospettiva nell’impiego della CO₂, trasformando una molecola associata principalmente al cambiamento climatico in una possibile risorsa per sviluppare processi chimici più efficienti e sostenibili.
Un'alternativa ai reagenti tradizionali
Lo studio riguarda una trasformazione rilevante per la chimica organica: la scissione controllata dei doppi legami carbonio-carbonio presenti negli alcheni, composti utilizzati come base per la produzione di intermedi chimici, farmaceutici e materiali avanzati.
Nei processi convenzionali, queste reazioni richiedono spesso l’impiego di sostanze ossidanti molto reattive, come l’ozono, oppure di metalli pesanti e reagenti che possono comportare criticità in termini di sicurezza, costi e generazione di scarti.
Il nuovo approccio sviluppato dai ricercatori sfrutta invece la CO₂ come donatore di ossigeno, insieme alla luce visibile e a un catalizzatore a base di ferro, permettendo alla reazione di avvenire a temperatura ambiente e pressione atmosferica.
Il ruolo del catalizzatore a base di ferro
Alla base del processo vi è un catalizzatore eterogeneo composto da atomi isolati di ferro supportati su nitruro di carbonio. Attraverso l’illuminazione, il catalizzatore riesce ad attivare la CO₂ – normalmente una molecola molto stabile – trasferendo i suoi atomi di ossigeno agli alcheni.
Il risultato è la produzione di chetoni e acidi carbossilici, due classi di composti fondamentali per numerose applicazioni industriali.
Il metodo è stato testato su 45 diversi composti, dimostrando una buona selettività anche in presenza di gruppi chimici sensibili, che nei processi tradizionali possono richiedere ulteriori passaggi di protezione.
Il contributo del Politecnico di Milano
Il contributo del Politecnico di Milano si è concentrato sulla progettazione e caratterizzazione del catalizzatore. Alla ricerca hanno partecipato Gianvito Vilé, docente di Impianti Chimici al Politecnico di Milano, e Xiufang He, ricercatrice post-dottorale nel gruppo del professor Vilé.
“Questo studio mostra che i catalizzatori ad atomo singolo, una linea di ricerca che ci vede da anni in prima linea, continuano ad aprire nuove opportunità per rendere i processi chimici più efficienti, selettivi e sostenibili. È un risultato di ricerca fondamentale, ma indica una direzione promettente per progettare processi di ossidazione più sicuri e meno dipendenti da reagenti aggressivi", commenta Gianvito Vilé.
Una prospettiva per la chimica del futuro
La ricerca, coordinata dall’Università di Bayreuth, ha coinvolto anche il Leibniz Institute for Catalysis in Germania, il Consiglio Nazionale delle Ricerche in Italia, la Jagiellonian University in Polonia e l’Università di Stoccolma in Svezia.
Il risultato non rappresenta ancora una tecnologia industriale pronta per l’applicazione su larga scala, ma dimostra un nuovo principio: una molecola stabile come la CO₂ può diventare un elemento attivo nella progettazione di processi chimici più sostenibili, grazie alla combinazione tra fotocatalisi, materiali avanzati e metalli abbondanti come il ferro.
