Överst:Schematiska framställningar av ansiktsdelningsenheten i rhombohedral BaRuO 3 och hörndelningsenhet i tetragonal RuO 2 , kubisk SrRuO 3 , och ortorhombisk CaRuO 3 . Nederst:Scanning electron microscope (SEM) image of BaRuO 3 . Upphovsman:Keigo Kamata
Forskare under ledning av Keigo Kamata och Michikazu Hara från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har utvecklat en ruteniumbaserad perovskitkatalysator som visar stark aktivitet även vid låga temperaturer (ner till 313 K). Den återanvändbara katalysatorn kräver inga tillsatser, vilket innebär att det kan förhindra bildandet av giftiga biprodukter. Oxideringen av sulfider är en kommersiellt viktig process med breda tillämpningar som sträcker sig från kemikalieproduktion till miljöledning.
Forskarna lyckades utveckla ett bariumrutenat (BaRuO 3 ) perovskit - den första katalysatorn i sitt slag som visat sig kunna selektivt oxidera sulfider under milda förhållanden, med molekylärt syre (O 2 ) som det enda oxidationsmedlet och utan behov av tillsatser.
Rapporterar sina fynd i ACS -tillämpade material och gränssnitt , forskarna uppger att BaRuO 3 har tre fördelar jämfört med konventionella katalysatorer.
För det första, den uppvisar hög prestanda även vid 313 K, en temperatur mycket lägre än 373 till 423 K intervallet som rapporterats i tidigare system inklusive andra rutenium- och manganbaserade katalysatorer. För det andra, dess höga syreöverföringshastighet indikerar att den har många möjliga användningsområden; till exempel, det är tillämpligt på oxidativ avsvavling av dibensotiofen, som kan ge ett 99 procent utbyte av ren sulfon. För det tredje, den nya katalysatorn är återvinningsbar - den aktuella studien visade att BaRuO 3 kan återanvändas minst tre gånger utan förlust av prestanda.
Prestationen övervinner flera klassiska begränsningar, t.ex. behovet av tillsatser, giftiga reagenser och höga reaktionstemperaturer för att uppnå god katalytisk prestanda.
Katalysatorn har en rombohedral struktur (se figur 1). Medan andra ruteniumbaserade katalysatorer hittills har undersökts såsom SrRuO 3 , CaRuO 3 och RuO 2 kan alla beskrivas som att de har hörndelande oktaedriska enheter, BaRuO 3 har ansiktsdelande oktaeder. Denna konfiguration anses vara en av huvudorsakerna bakom katalysatorns högre syreöverföringskapacitet.
Det sätt på vilket BaRuO 3 syntetiserades-baserat på sol-gel-metoden med äppelsyra-var också viktigt. Forskarna säger:"Den katalytiska aktiviteten och den specifika ytarean för BaRuO 3 syntetiserade med äppelsyra-stödd metod var högre än BaRuO 3 syntetiseras med den polymeriserade komplexa metoden. "
Studien belyser vikten av subtila förändringar i nanoskala strukturen för perovskitkatalysatorer, och skulle kunna ge lovande leads för vidare forskning om ett brett spektrum av perovskitbaserade funktionella material.
