Het ontwerp van nieuwe katalysatoren is essentieel voor het maken van nieuwe en bruikbare organosiliciumverbindingen, waar veel vraag naar is in gebieden variërend van de medische tot de elektronica-industrie. Een cruciale stap in dit proces is hydrosilylering (de vorming van koolstof-siliciumbindingen), en veel belangstelling is gericht op katalysatoren op basis van rhodium waarvan bekend is dat ze effectief zijn in het versnellen van deze reactie.

Nutsvoorzieningen, Ken Motokura van het Tokyo Institute of technology (Tokyo Tech) en collega's hebben een nieuwe katalysator bedacht die bestaat uit drie kerncomponenten - een rhodium (Rh) -complex en een tertiair amine (NEt2) op silica (SiO2) - die het hydrosilyleringsproces aanzienlijk verbetert.

Gemeld in ACS Katalyse , de nieuwe katalysator behaalde een omzetcijfer van ongeveer 1, 900, 000 over een periode van 24 uur, veel beter dan andere tot nu toe ontwikkelde rhodiumkatalysatoren op drager.

Het co-geïmmobiliseerde amine (NEt2) wordt beschouwd als een sleutelfactor achter de verbeterde katalytische activiteit. "Hoewel de specifieke reden voor verbetering nog onduidelijk is, we weten dat de hydrosilyleringsreactie gewoonlijk wordt versneld door elektronendonatie aan het rhodiumcentrum, en het tertiaire amine heeft een elektronendonerend vermogen, ", zegt Motokura. Het werk bouwt voort op de eerdere bevinding van de onderzoeksgroep dat co-immobilisatie van twee actieve sites de katalyse drastisch verbetert.

De nieuwe studie toont aan dat het hebben van zowel het Rh-complex als het amine op het SiO2-oppervlak een grotere opbrengst oplevert (96%) dan met alleen Rh (9%) of alleen amine (minder dan 1%), suggereert een synergetisch effect in het spel.

Opmerkelijk, de volgorde waarin het Rh-complex en het amine werden geïmmobiliseerd, beïnvloedde de katalytische prestatie. Motokura legt uit dat de timing van immobilisatie de positionering van het Rh-complex en amine kan beïnvloeden, die uiteindelijk de katalytische activiteit beïnvloedt. Deze bevinding komt overeen met een eerdere studie door hetzelfde team, waaruit bleek dat katalytische activiteit sterk afhing van de nabijheid van het Rh-complex en tertiaire amine.

Een beperkende factor voor toekomstige studies zijn de hoge kosten van rhodium. "In dit onderzoek, het is belangrijk op te merken dat we een zeer lage rhodiumlading konden bereiken, " zegt Motokura. "We erkennen dat het vinden van alternatieven voor rhodium van cruciaal belang zal zijn. Tot dusver, echter, katalysatoren op basis van goedkope metalen vertonen over het algemeen een lage activiteit."

Het volgende doel van het team is om een ​​synergetisch effect te produceren met behulp van niet-edelmetaal en organische functies op hetzelfde oppervlak, om katalytische prestaties te bereiken die vergelijkbaar zijn met katalysatoren op basis van rhodium. Motokura zegt:"Als dit lukt, ons lang gekoesterde doel om duurzame oplossingen te ontwikkelen op basis van chemie zal worden gerealiseerd."