Katalysatorer är avgörande för att göra industriella processer livskraftiga. Dock, många av de oädla metallkatalysatorerna som används för syntes har låg aktivitet, är svåra att hantera, och/eller kräver hårda reaktionsförhållanden. Osaka University forskare har utvecklat en enkristall koboltfosfid nanorod-katalysator som övervinner flera av begränsningarna hos konventionella koboltkatalysatorer. Deras resultat publicerades i JACS Au .

Reduktiv aminering är en viktig kemisk reaktion som används för att omvandla karbonylföreningar till aminer. Det är ett viktigt steg i produktionen av många material som polymerer, färgämnen, och läkemedel, och är attraktivt eftersom reagenserna är kostnadseffektiva och allmänt tillgängliga, och den huvudsakliga biprodukten är vatten.

Katalysatorerna som för närvarande används för reduktiv aminering är i allmänhet icke-ädelmetallkatalysatorer såsom kobolt- och nickelsvampar. Dock, de är mycket känsliga för luft, och detta gör dem svåra att hantera utan deaktivering. De kräver också hårda reaktionsförhållanden, såsom höga H2-tryck, vilket ökar energi- och infrastrukturkostnaderna. Därför, utvecklingen av en ny luftstabil och högaktiv katalysator är mycket önskvärd.

Forskarna förberedde en enkristall koboltfosfid nanorod-katalysator för reduktiv aminering av karbonylföreningar. Införandet av fosfor i kobolten - en metod som kallas "fosforlegering" - gör kobolten aktiv och stabil i luften. Det skapar också väldefinierade aktiva platser i kristallstrukturen, vilket leder till mer selektiva reaktioner jämfört med de på konventionella katalysatorer.

"Vår nanorod är den första metallfosfidkatalysatorn som har använts för reduktiv aminering, förutom att vara den första koboltkatalysatorn som är effektiv vid atmosfärstryck, ", förklarar första författaren Min Sheng. "Dessutom, vår katalysator visade det högsta omsättningstalet av alla homogena och heterogena icke-ädelmetallkatalysatorer som testades för samma reaktion."

Nanorodkatalysatorn behåller den höga aktiviteten efter fyra användningar, vilket visar att det är ett gångbart alternativ för användning i processer som kräver hög genomströmning.

"Vi förväntar oss att vår nanorod-katalysator kommer att ge ett betydande bidrag till kostnads- och energieffektiv produktion av aminer, " säger studiens motsvarande författare Takato Mitsudome. "Men utöver detta, vi tror att fosforlegering har potential att förbättra katalysen för många andra organiska reaktioner, leder till grönare och mer hållbara processer som förbättrar produktiviteten, spara energiresurser, och undvik beroendet av farliga föreningar samtidigt som vi skyddar vår miljö."