Utformningen av nya katalysatorer är avgörande för att göra nya och användbara organiska kiselföreningar, som är mycket efterfrågade inom områden som sträcker sig från den medicinska till elektronikindustrin. Ett avgörande steg i denna process är hydrosilylering (bildningen av kol-kiselbindningar), och stort intresse har fokuserats på rodiumbaserade katalysatorer kända för att vara effektiva för att påskynda denna reaktion.

Nu, Ken Motokura från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) och kollegor har tagit fram en ny katalysator bestående av tre kärnkomponenter - ett rodium (Rh)-komplex och en tertiär amin (NEt2) på kiseldioxid (SiO2) - som avsevärt förbättrar hydrosilyleringsprocessen.

Anmäld i ACS-katalys , den nya katalysatorn uppnådde en omsättning på cirka 1, 900, 000 under en period av 24 timmar, långt överträffande andra uppburna rodiumkatalysatorer som utvecklats hittills.

Den sam-immobiliserade aminen (NEt2) tros vara en nyckelfaktor bakom den förbättrade katalytiska aktiviteten. "Även om det specifika skälet till förbättringen fortfarande är oklart, vi vet att hydrosilyleringsreaktionen vanligtvis accelereras genom elektrondonation till rodiumcentret, och den tertiära aminen har elektrondonerande förmåga, " säger Motokura. Arbetet bygger på forskargruppens tidigare upptäckt att sam-immobilisering av två aktiva platser förbättrar katalysen drastiskt.

Den nya studien visar att att ha både Rh-komplexet och aminen på SiO2-ytan ger ett större utbyte (96 %) än med bara Rh (9 %) eller bara amin (mindre än 1 %). vilket tyder på en synergistisk effekt på spel.

I synnerhet, ordningen i vilken Rh-komplexet och aminen immobiliserades påverkade katalytisk prestanda. Motokura förklarar att tidpunkten för immobilisering kan påverka placeringen av Rh-komplexet och aminen, vilket i slutändan påverkar katalytisk aktivitet. Detta fynd överensstämmer med en tidigare studie av samma team, som fann att katalytisk aktivitet starkt berodde på närheten av Rh-komplexet och tertiär amin.

En begränsande faktor för framtida studier är den höga kostnaden för rodium. "I den här studien, det är viktigt att notera att vi kunde uppnå mycket låg belastning av rodium, " säger Motokura. "Vi inser att det kommer att vara avgörande att hitta alternativ till rhodium. Än så länge, dock, katalysatorer baserade på billiga metaller visar i allmänhet låg aktivitet."

Teamets nästa mål är att producera en synergistisk effekt med hjälp av icke-ädelmetaller och organiska funktioner på samma yta, för att uppnå katalytisk prestanda i nivå med rodiumbaserade katalysatorer. Motokura säger:"Om detta lyckas, vårt långvariga mål att utveckla hållbara lösningar baserade på kemi kommer att förverkligas."