Bariumruthenat:Et højt udbytte, lethåndterlig perovskitkatalysator til oxidation af sulfider

Forskere ledet af Keigo Kamata og Michikazu Hara fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har udviklet en ruthenium-baseret perovskit-katalysator, der viser stærk aktivitet selv ved lave temperaturer (ned til 313 K). Den genanvendelige katalysator kræver ikke tilsætningsstoffer, hvilket betyder, at det kan forhindre dannelsen af ​​giftige biprodukter. Oxidation af sulfider er en kommercielt vigtig proces med brede anvendelser lige fra kemikalieproduktion til miljøstyring.

Det lykkedes forskerne at udvikle et bariumruthenat (BaRuO ₃ ) perovskit - den første katalysator af sin art, der har vist sig at være i stand til selektiv oxidation af sulfider under milde forhold, med molekylær oxygen (O ₂ ) som den eneste oxidant og uden behov for tilsætningsstoffer.

Rapportere deres resultater i ACS anvendte materialer og grænseflader , forskerne oplyser, at BaRuO ₃ har tre fordele i forhold til konventionelle katalysatorer.

For det første, den udviser høj ydeevne selv ved 313 K, en temperatur meget lavere end intervallet 373 til 423 K rapporteret i tidligere systemer, herunder andre ruthenium- og mangan-baserede katalysatorer. For det andet dens høje hastighed for iltoverførsel indikerer, at den har mange potentielle anvendelser; for eksempel, det er anvendeligt til oxidativ afsvovling af dibenzothiophen, som kan give et 99 procents udbytte af ren sulfon. For det tredje, den nye katalysator er genanvendelig—den nuværende undersøgelse viste, at BaRuO ₃ kunne genbruges mindst tre gange uden tab af ydeevne.

Præstationen overvinder flere klassiske begrænsninger, såsom behovet for tilsætningsstoffer, giftige reagenser og høje reaktionstemperaturer for at opnå god katalytisk ydeevne.

Katalysatoren har en rhombohedral struktur (se figur 1). Mens andre ruthenium-baserede katalysatorer hidtil er undersøgt, såsom SrRuO ₃ , CaRuO ₃ og RuO ₂ kan alle beskrives som havende hjørnedelte oktaedriske enheder, BaRuO ₃ har ansigtsdeling oktaedre. Denne konfiguration menes at være en af ​​hovedårsagerne bag katalysatorens højere oxygenoverførselsevne.

Den måde, hvorpå BaRuO ₃ blev syntetiseret - baseret på sol-gel-metoden ved hjælp af æblesyre - var også vigtig. Forskerne siger:"Den katalytiske aktivitet og specifikke overfladeareal af BaRuO ₃ syntetiseret ved den æblesyre-støttede metode var højere end BaRuO ₃ syntetiseret ved den polymeriserede komplekse metode."

Undersøgelsen fremhæver vigtigheden af ​​subtile ændringer i nanoskalastrukturen af ​​perovskitkatalysatorer, og kunne give lovende leads til yderligere forskning i en bred vifte af perovskit-baserede funktionelle materialer.