Analys med högvinklad ringformig mörkfältsskanningselektronmikroskopi (HAADF-STEM) avslöjade:(a) små och platta ruteniumfläckar över en stor domän och (b) gitteravståndet som motsvarar det för ansiktscentrerade kubiska ruteniumnanopartiklar . Kredit:Kemivetenskap
Forskare i Japan och Indien har utvecklat en återanvändbar, högpresterande katalysator baserad på plattformade ruteniumnanopartiklar (Ru-NP) för produktion av värdefulla kemikalier. På grund av sin påvisade hållbarhet, katalysatorn skulle kunna användas i stor skala i storskalig produktion av många typer av färgämnen, tvättmedel, jordbrukskemikalier och läkemedel.
En studie ledd av forskare vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har visat att förändringar i nanoskala i ytstruktur avsevärt kan förbättra prestandan hos metallkatalysatorer som används vid produktion av primära aminer, en viktig klass av föreningar inom den kemiska industrin.
Forskarna utvecklade en ruteniumbaserad katalysator som består av ett stort antal atomärt aktiva aspekter på deras plana ytor.
Jämfört med konventionella metalluppburna katalysatorer, den nya katalysatorn, med sin mycket aktiva ytstruktur, uppnådde en överväldigande hög katalytisk omsättning.
Studien innebar att jämföra hur väl olika typer av metallkatalysatorer kunde omvandla biomassa-härledd furfural till furfurylamin. Detta fungerade som en modellreaktion för reduktiv aminering, den huvudsakliga processen som används för att ge primära aminer.
Den nya katalysatorn uppvisade en omsättningsfrekvens på 1850 per timme. Denna siffra representerar en sexfaldig ökning av effektiviteten jämfört med en metallburen katalysator (RU/NB 2 O 5 ) utvecklat tidigare av några av samma gruppmedlemmar, inklusive Michikazu Hara och Keigo Kamata vid Tokyo Techs Institute of Innovative Research.
"Som vi förstår det, Ru-NP-katalysatorn uppvisade den högsta omsättningsfrekvensen bland de hittills rapporterade metallkatalysatorerna för reduktiv aminering av furfural för att producera furfurylamin, " skriver laget i sin studie publicerad i Kemivetenskap .
Ytterligare experiment för att testa återanvändbarheten av den nya katalysatorn för reduktiv aminering av furfural visade "ingen märkbar minskning i aktivitet, även efter fyra återanvändningar, " säger forskarna, framhäver katalysatorns robusthet.
Hemligheten bakom katalysatorns exceptionella prestanda ligger i dess distinkta struktur och form. Vanligtvis, Ru har en sexkantig tätpackad struktur som begränsar katalytisk prestanda. I kontrast, den nya katalysatorn har en hög andel så kallade plattformade, orörda ansiktscentrerade kubiska ruteniumnanopartiklar vid ytan, som fungerar som aktiva platser med svag elektrondonerande förmåga. Det är denna egenskap som anses vara avgörande för att möjliggöra effektiv och selektiv reduktiv aminering av olika karbonylföreningar.
Förutom att underlätta produktionen av biomassa-härledda aminer, den nya katalysatorn kan också hjälpa till att möta kraven från den bredare finkemiska industrin.
