Fig. 1. Reduktiv amination af carbonylforbindelser. Kredit:Osaka University
Katalysatorer er afgørende for at gøre industrielle processer levedygtige. Imidlertid, mange af de ikke-ædelmetalkatalysatorer, der anvendes til syntese, har lav aktivitet, er svære at håndtere, og/eller kræver hårde reaktionsbetingelser. Osaka University forskere har udviklet en enkelt-krystal kobolt phosphid nanorod katalysator, der overvinder flere af begrænsningerne ved konventionelle kobolt katalysatorer. Deres resultater blev offentliggjort i JACS Au .
Reduktiv aminering er en vigtig kemisk reaktion, der bruges til at omdanne carbonylforbindelser til aminer. Det er et nøgletrin i produktionen af mange materialer såsom polymerer, farvestoffer, og lægemidler, og er attraktiv, fordi reagenserne er omkostningseffektive og bredt tilgængelige, og hovedbiproduktet er vand.
De katalysatorer, der i øjeblikket anvendes til reduktiv aminering, er generelt ikke-ædelmetalkatalysatorer, såsom kobolt- og nikkelsvampe. Imidlertid, de er meget følsomme over for luft, og det gør dem svære at håndtere uden deaktivering. De kræver også hårde reaktionsbetingelser, såsom højt H2-tryk, hvilket øger energi- og infrastrukturomkostningerne. Derfor, udviklingen af en ny luftstabil og højaktiv katalysator er yderst ønsket.
Forskerne forberedte en enkeltkrystal cobaltphosphid nanorod-katalysator til reduktiv aminering af carbonylforbindelser. Introduktionen af fosfor i kobolten - en metode kaldet "fosfor-legering" - gør kobolten aktiv og stabil i luften. Det skaber også veldefinerede aktive steder i krystalstrukturen, som fører til mere selektive reaktioner sammenlignet med dem på konventionelle katalysatorer.
Fig. 2. Koboltphosphat-nanoroder:(a) mikroskopbillede og (b-e) elementkortlægningsbillede. Kredit:Osaka University
"Vores nanorod er den første metal-phosphid-katalysator, der er blevet brugt til reduktiv aminering, samt at være den første koboltkatalysator, der er effektiv ved atmosfærisk tryk, ", forklarer førsteforfatter Min Sheng. "Desuden, vores katalysator viste det højeste omsætningstal af alle homogene og heterogene ikke-ædelmetalkatalysatorer testet for den samme reaktion."
Nanorod-katalysatoren bevarer den høje aktivitet efter fire anvendelser, hvilket viser, at det er et levedygtigt alternativ til brug i processer, der kræver høj gennemstrømning.
"Vi forventer, at vores nanorod-katalysator vil yde et væsentligt bidrag til omkostnings- og energieffektiv produktion af aminer, " siger den tilsvarende forfatter Takato Mitsudome. "Men ud over dette, vi mener, at fosforlegering har potentiale til at forbedre katalysen for mange andre organiske reaktioner, fører til grønnere og mere bæredygtige processer, der forbedrer produktiviteten, spare energiressourcer, og undgå afhængigheden af farlige forbindelser, mens vi beskytter vores miljø."