En rutheniumbaseret katalysator med højaktiv, flade overflader overgår metalbaserede konkurrenter

Forskere i Japan og Indien har udviklet en genanvendelig, højtydende katalysator baseret på fladformede ruthenium-nanopartikler (Ru-NP) til fremstilling af værdifulde kemikalier. På grund af dens demonstrerede holdbarhed, Katalysatoren kunne bruges i vid udstrækning i storskalaproduktion af mange typer farvestoffer, rengøringsmidler, landbrugskemikalier og lægemidler.

En undersøgelse ledet af forskere ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har vist, at ændringer i overfladestruktur på nanoskala kan forbedre ydeevnen af ​​metalkatalysatorer, der anvendes til fremstilling af primære aminer, markant. en vigtig klasse af forbindelser i den kemiske industri.

Forskerne udviklede en ruthenium-baseret katalysator sammensat af et stort antal atomisk aktive facetter på deres flade overflader.

Sammenlignet med konventionelle metalunderstøttede katalysatorer, den nye katalysator, med sin meget aktive overfladestruktur, opnåede en overvældende høj katalytisk omsætning.

Undersøgelsen involverede at sammenligne, hvor godt forskellige slags metalkatalysatorer kunne omdanne biomasseafledt furfural til furfurylamin. Dette tjente som en modelreaktion for reduktiv aminering, den vigtigste proces, der bruges til at give primære aminer.

Den nye katalysator udviste en omsætningsfrekvens på 1850 i timen. Dette tal repræsenterer en seks gange stigning i effektivitet i forhold til en metalunderstøttet katalysator (RU/NB ₂ O ₅ ) tidligere udviklet af nogle af de samme teammedlemmer, herunder Michikazu Hara og Keigo Kamata ved Tokyo Tech's Institute of Innovative Research.

"Så vidt vi ved, Ru-NP-katalysatoren udviste den højeste omsætningsfrekvens blandt de metalkatalysatorer, der til dato er rapporteret for den reduktive aminering af furfural til fremstilling af furfurylamin, " skriver holdet i deres undersøgelse offentliggjort i Kemisk Videnskab .

Yderligere eksperimenter for at teste genanvendeligheden af ​​den nye katalysator til reduktiv aminering af furfural viste "ingen mærkbar nedgang i aktivitet, selv efter fire genbrug, " siger forskerne, fremhæver katalysatorens robusthed.

Hemmeligheden bag katalysatorens enestående ydeevne ligger i dens karakteristiske struktur og form. Som regel, Ru har en sekskantet tætpakket struktur, der begrænser den katalytiske ydeevne. I modsætning, den nye katalysator har en høj andel af såkaldte fladformede, uberørte ansigtscentrerede kubiske ruthenium-nanopartikler ved overfladen, som fungerer som aktive steder med svag elektrondonerende evne. Det er denne egenskab, der menes at være afgørende for at muliggøre effektiv og selektiv reduktiv aminering af forskellige carbonylforbindelser.

Ud over at lette produktionen af ​​biomasse-afledte aminer, den nye katalysator kunne også hjælpe med at opfylde kravene fra den bredere finkemiske industri.