Espectroscopia Raman para Catalisadores de Carbono

Caracterização de Catalisadores de Carbono Co-dopados com N/S Livres de Metal por Espectroscopia Raman

Materiais de carbono dopados com nitrogênio, livres de metal, são amplamente reconhecidos como catalisadores eficazes para diversas reações químicas. Esse comportamento se deve à diferença de eletronegatividade entre o carbono (C) e o nitrogênio (N), que causa a polarização da ligação C–N, resultando em um desempenho superior em várias reações, como as de hidrogenação, por exemplo. Embora a dopagem com nitrogênio seja amplamente utilizada, há um interesse crescente em explorar a co-dopagem com outros heteroátomos para aprimorar ainda mais as propriedades catalíticas desses materiais.

Neste contexto, destacamos um estudo realizado por pesquisadores da Universidade de Alicante, na Espanha, que sintetizaram catalisadores de carbono co-dopados com nitrogênio e enxofre (N/S). O objetivo foi investigar o efeito sinérgico desses dois heteroátomos na hidrogenação catalítica do p-cloronitrobenzeno, um composto tóxico, convertendo-o em p-cloroanilina, uma matéria-prima de alto valor agregado.

Para caracterizar esses materiais, foi utilizado o espectrômetro Raman NRS-5500 da Jasco, operando com um laser de 532 nm, para avaliar o grau de cristalinidade dos catalisadores. O material co-dopado com N/S sintetizado no estudo foi denominado CYSCIT e comparado com o material de referência MELCIT. A Fig. 1 mostra os espectros Raman dos materiais analisados.

A banda G, localizada em torno de 1580 cm⁻¹, está associada ao modo de vibração E2g no plano das ligações sp² e é característica de materiais grafíticos, indicando uma estrutura cristalina. Por outro lado, a banda D, em torno de 1355 cm⁻¹, é conhecida como a “banda de desordem”, resultante da simetria A1′ da vibração dos átomos de carbono sp², típica do carbono amorfo. Assim, a razão entre as intensidades das bandas D e G (ID/IG) é um importante indicador do grau de desordem na matriz de carbono; uma razão ID/IG mais alta indica uma estrutura de carbono mais desordenada e a presença de defeitos.

Figura 1: Espectros Raman dos catalisadores estudados neste trabalho.

Referência:

Villora-Picó, J-J.; Gil-Muñoz, G.; Sepúlveda-Escribano, A.; Pastor-Blas, M.M. The Facile Production of p-Chloroaniline Facilitated by an Efficient and Chemoselective Metal-Free N/S Co-Doped Carbon Catalyst, International Journal of Molecular Sciences, 2024, 25, 9603. https://doi.org/10.3390/ijms25179603.