Genanvendelig ruthenium-baseret katalysator kunne være en game-changer for biomasseindustrien

Kendt for deres enestående alsidighed, primære aminer (derivater af ammoniak) er industrielt vigtige forbindelser, der anvendes til fremstilling af en lang række farvestoffer, rengøringsmidler og medicin. Selvom der er gjort mange forsøg på at forbedre deres syntese ved hjælp af katalysatorer indeholdende nikkel, palladium og platin, for eksempel, få har formået at reducere dannelsen af ​​sekundære og tertiære aminer og andre uønskede biprodukter.

Nu, forskere ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har udviklet en meget selektiv katalysator bestående af ruthenium-nanopartikler understøttet af niobiumpentoxid (Ru/Nb) ₂ O ₅ ). I en undersøgelse offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , holdet demonstrerede, at Ru/Nb ₂ O ₅ er i stand til at producere primære aminer ud fra carbonylforbindelser med ammoniak (NH3) og dihydrogen (H2), med ubetydelig dannelse af biprodukter.

Undersøgelsen sammenlignede, i hvilket omfang forskellige katalysatorer kunne omdanne furfural til furfurylamin i en proces kendt som reduktiv aminering1. Denne reaktion er en af ​​de mest nyttige metoder til fremstilling af primære aminer i industriel skala. Ru/Nb ₂ O ₅ katalysator klarede sig bedre end alle andre testede typer - bemærkelsesværdigt, et udbytte på 99% blev opnået, når ammoniak blev brugt i overskydende mængde.

Selv efter tre genbrug, Ru/Nb ₂ O ₅ katalysator opnåede konsistente resultater, med på hinanden følgende udbytter på over 90%. Den overlegne katalytiske effektivitet menes at skyldes rutheniums svage elektrondonerende egenskaber på Nb ₂ O ₅ overflade (se figur 1).

Michikazu Hara fra Tokyo Tech's Laboratory for Materials and Structures og hans medarbejdere undersøgte derefter, hvor effektivt den nye katalysator kunne nedbryde biomasse (i form af glukose) til 2, 5-bis(aminomethyl)furan, en monomer til aramidproduktion. Tidligere eksperimenter med en nikkel-baseret katalysator førte til et udbytte på omkring 50 % fra glucose-afledt råmateriale (5-hydroxymethylfurfural). Den nye katalysator anvendt i kombination med et såkaldt ruthenium-xantphos-kompleks gav et udbytte på 93%. Med få eller ingen observerede biprodukter, Ru/Nb ₂ O ₅ repræsenterer et stort gennembrud inden for det rene, storstilet produktion af biomasseafledte materialer.

Yderligere undersøgelser for at udvide disse indledende resultater er allerede i gang. Ved at skubbe grænserne for materialedesign, forskerne siger, at Ru/Nb ₂ O ₅ kan fremskynde produktionen af ​​miljøvenlig plast, gummi og varmebestandige aramidfibre2. I fremtiden, Ru/Nb ₂ O ₅ katalysator kan også påvirke udviklingen af ​​nye lægemidler mod kræft, antibakterielle midler, pesticider, landbrugskemikalier, gødning, bio-olier og biobrændstoffer.