Design e applicazione di catalizzatori di cobalto per la produzione fotocatalitica di etilene

Il presente lavoro di tesi affronta lo studio della reazione di semi-idrogenazione dell’acetilene ad etilene promossa da due catalizzatori di cobalto trivalente attraverso un processo fotocatalitico. Questa particolare trasformazione chimica riveste un’importanza cruciale in ambito industriale, specialmente per quanto riguarda l’industria della plastica, dove è necessario eliminare le impurezze di acetilene dal flusso di etilene necessario per la produzione della maggior parte dei polimeri plastici. Attualmente la strategia maggiormente adottata per questa reazione sfrutta metodi termocatalitici e prevede l’utilizzo, accanto alle elevate temperature di lavoro, di catalizzatori a base di metalli nobili come il palladio, rari e molto costosi, e di H2 gassoso come fonte di idrogeno. Recentemente la comunità scientifica si sta mobilitando per ricercare proposte alternative all’approccio tradizionale, oneroso economicamente e poco sostenibile dal punto di vista ambientale ed energetico. In questo contesto il gruppo di ricerca della professoressa Arcudi ha sviluppato un sistema per la fotoriduzione selettiva dell’acetilene a etilene utilizzando la cobalossima commerciale cloro(piridina)bis(dimetilgliossimato)cobalto(III) ([Co(dmgH)2PyCl]) come catalizzatore. Il lavoro di tesi si inserisce in questo progetto andando a studiare e confrontare le prestazioni fotocatalitiche di due cobalossime sintetizzate dal gruppo, le quali differiscono per la natura del legante azotato assiale. In particolare una, la cloro(4-cianopiridina)bis(dimetilgliossimato)cobalto(III) ([Co(dmgH)2(4-CNPy)Cl]), presenta un gruppo elettron-attrattore quale una 4-cianopiridina, mentre l’altra, la cloro(imidazolo)bis(dimetilgliossimato)cobalto(III) ([Co(dmgH)2(ImH)Cl]), un gruppo elettron-donatore quale l’imidazolo. Il presente elaborato esemplifica l’importanza della razionalizzazione struttura-attività e della progettazione molecolare nell’ottimizzazione di catalizzatori competenti per questa importante reazione chimica, aprendo la strada a nuovi spunti per ulteriori studi di approfondimento in questo senso, al fine di realizzare sistemi fotocatalitici applicabili su larga scala ed economicamente convenienti che vedano nella sostenibilità e nelle elevate selettività ed efficienza il loro maggiore punto di forza.