Νικέλιο Ράνεϊ

Το νικέλιο Ράνεϊ, Ni-Raney ή και Raney nickel, (CAS number: 7440-02-0 για το Ni, 12003-78-0 για το κράμα NiAl) είναι στερεός καταλύτης ο οποίος παρασκευάζεται από λεπτότατα διαμερισμένο κράμα νικελίου (Ni) και αργιλίου (Al) που ονομάζεται κράμα Ράνεϊ. Η διαδικασία κατεργασίας του κράματος και η παρασκευή από αυτό του καταλύτη, περιγράφηκε για πρώτη φορά το 1926 από τον Αμερικανό μηχανολόγο μηχανικό Μάρρεϊ Ράνεϊ (Murray Raney, 1885 – 1966) ως ένας εναλλακτικός καταλύτης υδρογονώσεων λιπών, ελαίων και κηρών. Ο λόγος Ni προς Al στο αρχικό κράμα είναι περίπου 1:1 όπως το υλικό που χρησιμοποίησε ο Ράνεϊ, αλλά μπορεί και να ποικίλει από 1:1 έως 4:1. 

Το νικέλιο Ράνεϊ χρησιμοποιείται σήμερα ευρύτατα ως μη στηριζόμενος (unsupported), δηλαδή που δε βρίσκεται προσκολλημένος σε κάποιο υπόστρωμα, ετερογενής καταλύτης σε πάρα πολλές οργανικές συνθέσεις και αντιδράσεις υδρογόνωσης που πραγματοποιούνται σε θερμοκρασία δωματίου, γεγονός πολύ σημαντικό ειδικά όταν τα αντιδρώντα είναι ασταθή και διασπώνται σε ψηλότερες θερμοκρασίες.

Το νικέλιο Ράνεϊ παρασκευάζεται με απομάκρυνση του καταλυτικά αδρανούς αργιλίου από ένα κράμα του με το δραστικό καταλυτικά νικέλιο. Αυτό επιτυγχάνεται με κατεργασία του κράματος με ένα αντιδραστήριο που διαλύει και απομακρύνει επιλεκτικά μόνο το ένα συστατικό του κράματος. Το αντιδραστήριο αυτό μπορεί να είναι υδροξείδιο του νατρίου με μορφή πυκνού ή πολύ πυκνού υδατικού διαλύματος ή και σε στερεά μορφή. Το καταλυτικά δραστικό μέταλλο καθιζάνει από το διάλυμα σαν στερεό υπόλειμμα. Έτσι δημιουργείται πορώδης (σπογγώδης) δομή στο νικέλιο το οποίο αποκτά μεγάλη ειδική επιφάνεια (επιφάνεια ανά μονάδα μάζας, m²/g), η οποία προσφέρει μεγάλη καταλυτική ικανότητα.

Σήμερα, με τον όρο «Νικέλιο Ράνεϊ» εννοούμε τόσο το αρχικό κράμα Ni-Al, που θεωρείται το μη ενεργοποιημένο υλικό, όσο και το προϊόν που προέρχεται από αυτό, περιέχει κυρίως Ni και θεωρείται ο ενεργοποιημένος (activated) καταλύτης. Επίσης πολλές φορές το όνομα «νικέλιο Ράνεϊ» χρησιμοποιείται και για καταλύτες παρόμοιας σύστασης, κατασκευής, δομής και χρήσεων που έχουν παρασκευαστεί ως υποκατάστατα του αυθεντικού καταλύτη και έχουν ορισμένα από τα πλεονεκτήματα (π.χ. μεγάλη επιφάνεια επαφής), όχι όμως και τα μειονεκτήματά του (π.χ. εύκολη ανάφλεξη στον αέρα). Παράλληλα χρησιμοποιείται και ο όρος «σπογγώδες νικέλιο» (spongy nickel) ο οποίος παραπέμπει στη μικροκρυσταλλική δομή του καταλύτη.

Το νικέλιο Ράνεϊ αποτελεί πιθανόν τον πλέον χρησιμοποιημένο καταλύτη νικελίου και το σημαντικότερο εκπρόσωπο της κατηγορίας των «σκελετικών καταλυτών» (skeletal catalysts) οι οποίοι παρασκευάζονται με παραπλήσια, μεταξύ τους, τεχνική: Πρώτα δημιουργείται ένα κράμα αποτελούμενο από δύο μέταλλα σε περίπου ίσες αναλογίες. Το ένα μέταλλο είναι το επιθυμητό καταλυτικό υλικό όπως Ni, Cu, Co, Ru, Fe, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir κ.ά. και το άλλο μπορεί να διαλυτοποιηθεί εύκολα σε υδροξείδιο και είναι συνήθως το Al. Το κράμα συνθλίβεται και διαλύεται στο πυκνό υδροξειδίο οπότε διαλύεται επιλεκτικά το ευδιάλυτο μέταλλο αφήνοντας πίσω του το καταλυτικό μέταλλο με σπογγγώδη και πορώδη πλέον δομή. 

Μετά τη μελέτη και την ανάπτυξη καταλυτών Ράνεϊ με νικέλιο, επινοήθηκαν και άλλοι σκελετικοί καταλύτες προερχόμενοι από κράματα του αργιλίου με άλλα μέταλλα όπως χαλκός, παλλάδιο, κοβάλτιο, λευκόχρυσος, σίδηρος που αναφέρονται ως «κοβάλτιο Ράνεϊ» (Co-Raney), «χαλκός Ράνεϊ» (Cu-Raney) κλπ. τα οποία δεν έχουν την πληθώρα των εφαρμογών του Ni-Raney. Επίσης, αντί για αργίλιο έχουν χρησιμοποιηθεί και άλλα μη δραστικά καταλυτικά μέταλλα όπως το μαγνήσιο ή ο ψευδάργυρος.

Περαιτέρω έρευνα έδειξε ότι η προσθήκη μικρής ποσότητας ενός τρίτου μετάλλου, που ονομάζεται «ενισχυτής» ή «προωθητής» (promoter), στο αρχικό κράμα Ράνεϊ όπως μολυβδαινίου, σιδήρου, χρωμίου κ.ά. αυξάνει την καταλυτική δράση του Ni-Raney.

Ιστορία

Η καταλυτική δράση του λεπτά διαμερισμένου νικελίου στις υδρογονώσεις και ειδικότερα στη προσθήκη Η₂ στο δεσμό C=C του αιθυλενίου και στη μετατροπή του βενζολίου προς κυκλοεξάνιο, ήταν γνωστή από το 1897 και από τις εργαστηριακές μελέτες του Γάλλου οργανικού χημικού Πωλ Σαμπατιέ (Paul Sabatier, 1854 - 1941), ο οποίος για τις μελέτες του αυτές μοιράστηκε το βραβείο Νόμπελ του 1912 με τον επίσης Γάλλο χημικό Βίκτορ Γκρινιάρ. Ο Σαμπατιέ χρησιμοποιώντας ως καταλύτη λεπτά διαμερισμένο Ni, εκτός από την καταλυτική υδρογόνωση αερίων υδρογονανθράκων, πέτυχε και τη σύνθεση μεθανίου από μονοξείδιο του άνθρακα αλλά και την αφυδρογόνωση σε ψηλές θερμοκρασίες αλκοολών προς καρβονυλικές ενώσεις. Ο Σαμπατιέ επινόησε επίσης, μαζί με το χημικό Ζαν Μπαπτίστ Σεντερένς, μια μέθοδο (Sabatier-Senderens process) καταλυτικής υδρογόνωσης ακόρεστων φυτικών ελαίων για την παρασκευή μαργαρίνης με καταλύτη το νικέλιο.

Στις αρχές του 20ού αιώνα, το συνεχές ενδιαφέρον για βιομηχανικούς καταλύτες που θα χρησιμοποιούνταν σε διεργασίες μεγάλης κλίμακας, εντατικοποίησε την έρευνα, κυρίως στα πανεπιστήμια, για βελτιωμένα καταλυτικά συστήματα. Έτσι, μετά τη δεκαετία του 1920, αναπτύχθηκαν καλύτερα συστήματα για έλεγχο της ποιότητας και των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των καταλυτών που χρησιμοποιούσαν οι βιομηχανίες. 
Ο Μάρεϊ Ράνεϊ γεννήθηκε στις 14 Οκτωβρίου του 1885 στο Κάρρολλτον (Carrollton) της Πολιτείας Κεντάκι (Kentucky) των Η.Π.Α. και πήρε το πτυχίο ως Μηχανολόγος μηχανικός από το πανεπιστήμιο της ίδιας Πολιτείας το 1909. Το 1915 εργαζόταν στην εταιρεία Lookout Oil & Refining της Τσαττανούγκα (Chattanooga) στην Πολιτεία Τενεσί (Tennessee) ως Βοηθός Διευθυντής υπεύθυνος για την εγκατάσταση ηλεκτρολυτικών κυψελών για την παραγωγή Η₂ που χρησιμοποιούνταν στην υδρογόνωση ελαίων από βαμβακόσπορο. Εκείνη την εποχή, η εταιρεία χρησιμοποιούσε για τις υδρογονώσεις στηριζόμενο καταλύτη νικελίου πάνω σε NiO χωρίς όμως ικανοποιητικά αποτελέσματα, πράγμα που οφειλόταν στην προκατεργασία του καταλύτη και στην αστάθειά του. Ο Ράνεϊ, παρόλο που δεν ήταν χημικός, γνώριζε από την εμπειρία του ότι όταν παράγεται υδρογόνο από κράμα Fe-Si με κατεργασία με NaOH, σχηματίζονται πυριτικό νάτριο (Na₂SiO₃) και σκόνη οξειδίου του σιδήρου που έμεναν ως κατάλοιπα. 'Ετσι, πιστεύοντας ότι μπορούσαν να παραχθούν βελτιωμένοι καταλύτες, ίδρυσε το 1921 δική του εταιρεία ερευνών και το Σεπτέμβριο του 1924 παρασκεύασε ένα κράμα αποτελούμενο από 50 % Ni - 50 % Si το οποίο κατεργάστηκε στη συνέχεια με υδατικό διάλυμα NaOH, απομακρύνοντας το Si με μορφή Na₂SiO₃ και παράγοντας έτσι ένα γκρίζο μεταλλικό στερεό που ήταν λεπτότατα διαμερισμένο νικέλιο και ήταν δραστικότερο από τον καταλύτη που χρησιμοποιούσε μέχρι τότε στις υδρογονώσεις των ζωικών και φυτικών λιπών και των ιχθυελαίων. Ο Ράνεϊ κατοχύρωσε την ανακάλυψή του στο Γραφείο Ευρεσιτεχνιών των Η.Π.Α. στις 10 Δεκεμβρίου του 1925, ενώ η εταιρεία W. R. Grace and Co. είχε ήδη κατοχυρώσει το εμπορικό σήμα Raney®. 

Πέντε μήνες αργότερα, το Μάιο του 1926, βελτίωσε την ανακάλυψή του παρασκευάζοντας καταλύτη Ni κατεργαζόμενος με τον ίδιο τρόπο ένα κράμα αποτελούμενο από 50 % Ni - 40 % Si - 10% Al για να καταλήξει τελικά σε κράμα 50 % Ni - 50 % Al. Το κράμα αυτό, που ονομάστηκε κράμα Ράνεϊ, είναι και σήμερα ακόμα σε χρήση για την παρασκευή του καταλύτη. Η επιλογή αυτού του κράματος στην πραγματικότητα ήταν περισσότερο «αλχημεία» παρά είχε επιστημονική βάση. Όπως αναφέρει και ο ίδιος ο Ράνεϊ:
... it is in the preparation of catalysts that the Chemist is most likely to revert to type and to employ alchemical methods. From all evidence, it seems the work should be approached with humility and supplication, and the production of good catalyst received with rejoicing and thanksgiving.
(πιο πολύ από όλες τις χημικές διεργασίες)... είναι η παρασκευή των καταλυτών που χρησιμοποιεί και εμπλέκει περισσότερο αλχημιστικές μεθόδους. Όπως δείχνουν τα αποδεικτικά στοιχεία, η προσπάθεια πρέπει να προσεγγιστεί με ταπεινοφροσύνη και ικεσία και η παρασκευή ενός καλού καταλύτη πρέπει να συνοδεύεται από χαρά και ευγνωμοσύνη. 
Ο Ράνεϊ κατοχύρωσε τη βελτιωμένη μορφή του καταλύτη στο Γραφείο Ευρεσιτεχνιών ένα χρόνο αργότερα, στις 10 Μαΐου 1927. 

Το 1931 ο Αμερικανός χημικός Άντκινς (Homer Burton Adkins, 1892 - 1949) απέδειξε πειραματικά ότι ο συγκεκριμένος καταλύτης ήταν πολύ καλύτερος γενικά για υδρογονώσεις από κάθε άλλο καταλύτη με βάση το νικέλιο

Το 1943 ο Ραλφ Μοζίνγκο και οι συνεργάτες του δημοσίευσαν μια σημαντική εργασία στην οποία περιγραφόταν για πρώτη φορά η καταλυτική, με Ni-Raney, υδρογονόλυση θειούχων ενώσεων (αναγωγή Mozingo) και συγκεκριμένα αλειφατικών και αρωματικών σουλφιδίων και δι-σουλφιδίων καθώς και σουλφονών και σουλφοξειδίων. Το απαιτούμενο Η₂ μάλιστα προερχόταν από τον ίδιο τον καταλύτη που το είχε προσροφήσει κατά τη διαδικασία παρασκευής του.

Το 1946 σε μια εργασία του ο Άντκινς περιγράφει λεπτομερώς μια μέθοδο παρασκευής δραστικότερου καταλύτη Ni-Raney από τους μέχρι τότε χρησιμοποιούμενους. Ο ίδιος ερευνητής επίσης, απέδειξε το 1948 ότι όταν ένας καταλύτης Ni-Raney παρασκευάζεται προσεκτικά, είναι εξίσου αποτελεσματικός αν όχι αποτελεσματικότερος από τους κλασικούς καταλύτες ευγενών μετάλλων (παλλαδίου και λευκόχρυσου) που χρησιμοποιούνταν μέχρι τότε σχεδόν αποκλειστικά στα εργαστήρια, για υδρογονώσεις οργανικών ενώσεων. Ο Άντκινς βρήκε μάλιστα τους τύπους του καταλύτη που αναφέρονταν στη βιβλιογραφία τόσο διαφορετικούς, που τους κατηγοριοποίησε βάζοντας μπροστά το γράμμα W. 
Παρόλη την ήδη αποδεδειγμενη ανωτερότητα του καταλύτη Ni-Raney έναντι άλλων στις υδρογονώσεις οργανικών ενώσεων μικρής κλίμακας, η χρήση του άργησε να διαδοθεί στη βιομηχανία εξαιτίας του υψηλού κόστους παρασκευής του, ενώ από τα τέλη της δεκαετίας του 1930 σταμάτησε πρακτικά και η χρήση του στις υδρογονώσεις φυτικών ελαίων. Μέχρι τότε η χρήση του καταλύτη περιοριζόταν στην υδρογόνωση του αιθυλενοξειδίου προς γλυκόλη, της γλυκόζης προς σορβιτόλη και του βενζολίου προς κυκλοεξάνιο.

To 1963 o Ράνεϊ πούλησε την επιχείρησή του στην εταιρεία W.R. Grace and Company, το χημικό τμήμα της οποίας, Davison Chemicals, παράγει μέχρι σήμερα μεγάλη ποικιλία καταλυτών Ράνεϊ.

Φυσικοχημικές ιδιότητες

Μακροσκοπικά, το νικέλιο Ράνεϊ είναι λεπτόκοκκη γκρίζα έως μαύρη σκόνη ή μικροί κυβικοί κρύσταλλοι. Κάθε σωματίδιο αυτής της σκόνης έχει πόρους με ακανόνιστο μέγεθος και σχήμα που δημιουργήθηκαν κατά τη διαδικασία ενεργοποίησης. Το μέγεθος των κρυστάλλων νικελίου επηρεάζεται από τα κατάλοιπα αργιλίου και ελαττώνεται με την ελάττωση της θερμοκρασίας έκπλυσης με το NaOH.

Είναι αδιάλυτο στο νερό, στην αμμωνία και στην αιθανόλη, διαλυτό στο πυκνό νιτρικό οξύ ενώ διαλύεται αργά στο υδροχλωρικό και θειικό οξύ.

Ο καταλύτης έχει αξιοσημείωτη θερμική και δομική σταθερότητα ενώ η μεγάλη δραστικότητά του αποδίδεται στη μεγάλη ειδική του επιφάνεια και στη μεγάλη ποσότητα υδρογόνου που μπορεί να προσροφήσει πάνω και ανάμεσα στα σωματίδια του νικελίου.

Ειδική επιφάνεια

Ο προσδιορισμός της ειδικής επιφάνειας του καταλύτη βασίζεται στην προσρόφηση ενός αδρανούς αερίου όπως άζωτο, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα, κρυπτό, ήλιο, μεθάνιο, στην επιφάνεια του νικελίου σε πολύ χαµηλή θερµοκρασία. Τα μόρια του αερίου διευθετούνται το ένα δίπλα στο άλλο καλύπτοντας ολόκληρη την εσωτερική και εξωτερική επιφάνεια των µικροτεµαχιδίων του στερεού. Αξιοποιώντας πειραµατικές γραφικές παραστάσεις που δείχνουν την αύξηση της ποσότητας του προσροφούµενου αερίου µε τη µερική πίεσή του πάνω από τα καταλυτικά µικροτεµαχίδια και με τη χρήση της εξίσωσης των Brunauer, Emmett και Teller (Θεωρία BET), είναι εφικτός ο προσδιορισμός του όγκου του προσροφηµένου αερίου και εποµένως το πλήθος των προσροφηµένων µορίων του που αντιστοιχεί σε µονοστρωµατική κάλυψη. Γνωρίζοντας ακόμα το εµβαδόν της διατοµής του μορίου του αερίου που αντιστοιχεί στην κάλυψη αυτή µπορεί να προσδιοριστεί η επιφάνεια για την συγκεκριµένη µάζα του δείγµατος, εποµένως η ειδική επιφάνεια. 
Η ειδική επιφάνεια του Ni-Raney είναι μεταξύ 40 – 120 m²/g με κάλυψη μετάλλου 85 - 90 %, το τυπικό μέγεθος των κόκκων του καταλύτη είναι 20 - 100 μm, ενώ η τυπική εμπορική σκόνη Ni-Raney έχει ειδική επιφάνεια 100 m²/g και πυκνότητα περίπου 6,5 g/cm³. Έχει παρατηρηθεί ότι η ειδική επιφάνεια μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος λόγω δομικών ανακατατάξεων που οδηγούν σε αύξηση του μεγέθους των κρυστάλλων του καταλύτη. Έτσι, διήθηση και έκπλυση του κράματος στους 50°C δημιουργεί ειδική επιφάνεια 110 ± 10 m²/g υλικού, ενώ στους 107 °C, που είναι και η θερμοκρασία βρασμού του διαλύματος NaOH, η ειδική επιφάνεια είναι 80 ± 10 m²/g υλικού.

Το δυαδικό κράμα Ni-Al

Το νικέλιο Ράνεϊ περιλαμβάνει τις φάσεις ΝiAl, Ni₂Al₃, NiAl₃ και ευτηκτικό μείγμα με 6 % w/w Ni Στο διπλανό σχήμα φαίνεται το διάγραμμα φάσεων του δυαδικού συστήματος νικελίου-αργιλίου που δημιουργείται με την τήξη των δύο μετάλλων στο ίδιο δοχείο. Μελέτες σε κράματα με αναλογία Ni:Al = 3:1 (NiAl₃) και 2:3 (Ni₂Al₃) έχουν δείξει ότι από το NiAl₃, το Al εκπλύνεται σχετικά εύκολα με υδατικό διάλυμα NaOH 20 % w/w μεταξύ 1 °C και 50 °C με ταυτόχρονη δημιουργία πορώδους Ni που είναι όμως εύθραυστο και ασταθές. Από την άλλη μεριά όμως στις συνθήκες αυτές το κράμα Ni₂Al₃ είναι ανενεργό και από αυτό το Al εκπλύνεται ικανοποιητικά σε θερμοκρασίες μεταξύ 70 °C και 107 °C. Η απομάκρυνση του Al από τη φάση NiAl είναι σχεδόν αδύνατη γι' αυτό το αργίλιο που απομένει βρίσκεται κυρίως σ' αυτή τη φάση. Αυτή η απομάκρυνση του αργιλίου από ορισμένες φάσεις του διμεταλλικού κράματος είναι γνωστή ως «επιλεκτική έκπλυση» ή και «αποκραμμάτωση». Έχει αποδειχθεί ότι η φάση NiAl παρέχει τη δομική και θερμική σταθερότητα του καταλύτη αποτρέποντας την πρόωρη «γήρανσή» του, γι' αυτό το Ni-Raney δεν αποσυντίθεται εύκολα.

Προσρόφηση του υδρογόνου

Το Η₂ που παράγεται από την επίδραση του διαλύματος NaOH στο Al του κράματος Ράνεϊ, προσροφάται από το Ni και η ποσότητά του έχει υπολογιστεί σε 25 – 100 cm³/g Ni, ενώ απευθείας αναλύσεις έδειξαν ότι για 1 άτομο Ni αντιστοιχεί 1 έως 1,5 άτομο υδρογόνου, οπότε ο χημικός τύπος που αποδίδει την προηγούμενη σχέση είναι NiH έως NiH1,5 ενώ ο ίδιος ο Raney είχε περιγράψει τον καταλύτη ως υδρίδιο του τύπου NiH₂. Συνεπώς ο καταλύτης αποτελείται από μείγμα υδριδίων. Πειραματικά έχει διαπιστωθεί και ο τύπος Ni₂H που αντιστοιχεί σε προσρόφηση 95,3 cm³ H₂/g Ni. Αν το Η₂ απομακρυνθεί από τον καταλύτη, η ειδική επιφάνεια του τελευταίου ελαττώνεται πρώτα γραμμικά μέχρι να απομακρυνθεί περίπου το 70 % του Η₂ και μετά η ελάττωση είναι γρηγορότερη. Αν συμβεί ταχύτατη απομάκρυνση του υδρογόνου από τον καταλύτη, που είναι και εξώθερμο φαινόμενο, υπάρχει μεγάλος κίνδυνος έκρηξης.

Εφαρμογές

Ο καταλύτης Ni-Raney χρησιμοποιείται σε μεγάλο αριθμό βιομηχανικών διεργασιών αλλά και στην οργανική εργαστηριακή σύνθεση λόγω της σταθερότητας και της υψηλής καταλυτικής δραστικότητας του σε θερμοκρασία δωματίου. Δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υδρογονώσεις όπου οι συνθήκες είναι όξινες π.χ. με pH < 5. 

Μετά τη χρήση το Raney-Ni πρέπει να απομακρυνθεί από τα προϊόντα γιατί αν παραμένει μπορεί να οδηγήσει σε ανεπιθύμητες χημικές αντιδράσεις, ειδικά αν τα προϊόντα πρόκειται να χρησιμοποιηθούν ως πρώτες ύλες σε κάποια μεταγενέστερη αντίδραση. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να ληφθεί, αν τα προϊόντα προορίζονται για χρήση στις βιομηχανίες τροφίμων, καλλυντικών ή φαρμάκων. 

Η απομόνωση και απομάκρυνση του καταλύτη μπορεί να γίνει με πολλούς τρόπους όπως με φιλτράρισμα αν τα προϊόντα της αντίδρασης είναι αέρια, με καταβύθιση ως ίζημα ή με φυγοκέντριση εκμεταλλευόμενοι τη μεγάλη του πυκνότητα. Επίσης, επειδή το νικέλιο είναι σιδηρομαγνητικό μέταλλο, μπορεί να απομακρυνθεί με τη χρήση ηλεκτρομαγνητών.

Στις περισσότερες υδρογονώσεις στις οποίες συμμετέχει το Ni-Raney δεν απαιτείται επιπλέον ποσότητα Η₂ πέραν αυτής που εμπεριέχει προσροφημένη ο ίδιος ο καταλύτης.

Οι περιπτώσεις αφυδρογονώσεων που καταλύονται από Ni-Raney δεν είναι πολλές. Αναφέρονται καταλύσεις των αποσπάσεων Η₂ κυρίως σε δευτεροταγείς αλκοόλες όπως 2-προπανόλη, 2-βουτανόλη, 3-εξανόλη, 2-οκτανόλη, 3-οκτανόλη που μετατρέπονται στις αντίστοιχες κετόνες.

Στη συνέχεια αναφέρονται οι κυριότερες εργαστηριακές και βιομηχανικές εφαρμογές του καταλύτη:

Προωθητές (promoters)

Ο προωθητής ή ενισχυτής είναι ουσία ή υλικό το οποίο αν και το ίδιο δεν παρουσιάζει καταλυτική δράση, αυξάνει την αποτελεσματικότητα του καταλύτη. Η δράση των προωθητών μπορεί να είναι χημικής φύσης με την έννοια της άμεσης επιρροής στην καταλυτική δράση ή και δομικής φύσης εφόσον η επιφάνεια επαφής του καταλύτη έχει ήδη αυξηθεί και σταθεροποιηθεί. Οι προωθητές ενσωματώνονται στο Ni-Raney κατά τη διαδικασία της παρασκευής και ενεργοποίησής του και όχι στα αντιδρώντα λίγο πριν τη αντίδραση. 

Στη βιομηχανία, οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι προωθητές για το νικέλιο Ράνεϊ είναι τα μέταλλα μολυβδαίνιο, χρώμιο, χαλκός, σίδηρος, κοβάλτιο. Μελέτες έδειξαν ότι ο αποτελεσματικότερος προωθητής για το Ni-Raney είναι το μολυβδαίνιο. Έτσι, καταλύτης που παρασκευάστηκε από κράμα Ράνεϊ με 58 % Al - 39,8 % Ni, στο οποίο προστέθηκε 2,2 % Mo, παρουσίασε 6,5 φορές μεγαλύτερη δραστικότητα από το ίδιο κράμα Al - Ni (χωρίς προωθητή) κατά την υδρογόνωση του δεσμού C≡Ν του βουτανονιτριλίου (CH₃CH₂CH₂CN) και 2,9 φορές μεγαλύτερη δραστικότητα κατά την υδρογόνωση του δεσμού C=O της ακετόνης (CH₃COCH₃). Το τιτάνιο επίσης αναφέρεται ως προωθητής ελαττώνοντας τη θερμοκρασία υδρογόνωσης του ισοφθαλο-νιτριλίου σε σχέση με τον απλό καταλύτη, ενώ αποτρέπει και το σχηματισμό δευτεροταγούς αμίνης.

Τροποποιημένοι καταλύτες Ni-Raney

Στα τέλη του 1950 παρασκευάστηκε καταλύτης τύπου Ράνεϊ από κράμα νικελίου (Ni)-μαγνησίου (Mg) από το οποίο απομακρύνθηκε η ανενεργή φάση (Mg) με κατεργασία με οξικό οξύ. Ο καταλύτης αυτός ήταν εξίσου δραστικός με αυτόν του τύπου W4 και διπλάσιας δραστικότητας από του τύπου W2.

Υπάρχουν επίσης καταλύτες τύπου W6 με περιεκτικότητα 11 % Al και 89 % Ni αλλά και με σύνθεση 21 % Al₂O₃, 1,36 % Al, 0,5 % NaAlO₂ και περίπου 77 % Ni.

Τα τελευταία 30 χρόνια έχει αναπτυχθεί ένας τροποποιημένος καταλύτης Ni-Raney, ο οποίος χρησιμοποιείται σε υδρογονώσεις όπου απαιτείται υψηλή εναντιοεκλεκτικότητα. Από τον καταλύτη αυτόν έχει αφαιρεθεί εντελώς όλη η επιφάνεια του αργιλίου που είχε απομείνει από την έκπλυση με το NaOH. Η πλήρης αυτή απομάκρυνση επιτυγχάνεται με κατεργασία του καταλύτη για 1 ώρα στους 100°C με υδατικό διάλυμα τρυγικού οξέος 1 % που περιέχει και 6 % NaBr και του οποίου το pH έχει ρυθμιστεί στην τιμή 3,2 με NaOH, οπότε το οξύ προσροφάται μέσα σ' αυτόν. Ο τροποποιημένος με τρυγικό οξύ-NaBr καταλύτης Ni-Raney έχει την ικανότητα να «αναγνωρίζει» τα εναντιομερή ενός υποστρώματος μέσα από μια αλληλεπίδραση του οξέος με το υπόστρωμα, ενώ η παρουσία του ανόργανου άλατος NaBr αυξάνει την εναντιοεκλεκτικότητα του καταλύτη. Επίσης επιτυγχάνει αποδόσεις 80 - 98 % σε υδρογονώσεις διαφόρων τύπων 2-αλκανονών και β-υποκατεστημένων-κετονών.