El azufre acelera hasta el doble un catalizador industrial clave

Un catalizador de rodio con azufre y fosfina multiplica por dos la velocidad de la hidroformilación de olefinas. Investigadores chinos demuestran que, en una cantidad controlada, el azufre deja de ser un veneno para convertirse en un promotor de la reacción.

Un giro en la catálisis industrial

Un equipo del Dalian Institute of Chemical Physics y de la Shanghai Jiao Tong University ha diseñado un catalizador que utiliza azufre de forma sinérgica con fosfina para mejorar un proceso químico fundamental. La hidroformilación produce más de 25 millones de toneladas anuales de aldehídos, base de plásticos, lubricantes y surfactantes.

El punto óptimo del azufre

El catalizador Rh₁/POPs-PPh₃&S, con rodio en sitios únicos, tiene un microentorno coordinado por ambos elementos. Con un 10% de azufre en la estructura, la velocidad de reacción para propileno y olefinas superiores (C₅–C₈) es 1.5–2.0 veces mayor que la del catalizador de referencia solo con fosfina. Si el azufre domina la coordinación, el envenenamiento clásico del catalizador reaparece.

Mecanismo de la sinergia

Mediante técnicas como HAADF-STEM y espectroscopía de absorción de rayos X, confirmaron que el rodio permanece disperso atómicamente. La combinación de fosfina, donante de electrones, y azufre, aceptor, modera la densidad electrónica del rodio. Los cálculos de DFT revelan que este ajuste reduce la barrera energética del paso determinante de la velocidad, facilitando la inserción de la olefina.

Repercusión en la industria

Este hallazgo cambia el paradigma del tratamiento del azufre en las materias primas. Abre la puerta a procesar corrientes de olefinas con bajo grado de pureza o derivadas de carbón y biomasa, donde la desulfuración total es costosa. El concepto de ingeniería del microentorno en sitios monoatómicos podría aplicarse a otras reacciones catalíticas.

Antecedentes: del veneno al aliado

Tradicionalmente, los compuestos de azufre en los gases o líquidos de alimentación se consideran un problema grave. Se unen fuertemente a metales preciosos como el rodio, bloqueando los sitios activos e inactivando el catalizador. Como resultado, se dedica un gran esfuerzo a la desulfuración profunda, eliminando el azufre lo más completamente posible antes de la reacción.

Cierre: Hacia una catálisis más tolerante

El estudio, publicado en Chinese Journal of Catalysis, demuestra que es posible diseñar catalizadores que no solo toleren el azufre, sino que lo utilicen para mejorar su rendimiento. Esto implica una reducción potencial de costes de pretratamiento y una mayor eficiencia en la producción química a gran escala.