Wetenschappers in Japan en India hebben een herbruikbare, hoogwaardige katalysator op basis van platte ruthenium-nanodeeltjes (Ru-NP) voor de productie van waardevolle chemicaliën. Dankzij de bewezen duurzaamheid, de katalysator zou wijd in de productie op grote schaal van vele soorten kleurstoffen kunnen worden gebruikt, wasmiddelen, landbouwchemicaliën en farmaceutica.

Een onderzoek onder leiding van onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) heeft aangetoond dat veranderingen op nanoschaal in de oppervlaktestructuur de prestaties van metaalkatalysatoren die worden gebruikt bij de productie van primaire aminen enorm kunnen verbeteren. een belangrijke klasse van verbindingen in de chemische industrie.

De onderzoekers ontwikkelden een op ruthenium gebaseerde katalysator die is samengesteld uit een groot aantal atomair actieve facetten op hun platte oppervlakken.

Vergeleken met conventionele metaalgedragen katalysatoren, de nieuwe katalysator, met zijn zeer actieve oppervlaktestructuur, behaalde een overweldigend hoge katalytische omzet.

De studie omvatte het vergelijken van hoe goed verschillende soorten metaalkatalysatoren van biomassa afgeleid furfural in furfurylamine konden omzetten. Dit diende als een modelreactie voor reductieve aminering, het belangrijkste proces dat wordt gebruikt om primaire aminen te verkrijgen.

De nieuwe katalysator vertoonde een omzetfrequentie van 1850 per uur. Dit cijfer vertegenwoordigt een zesvoudige toename van de efficiëntie ten opzichte van een op metaal gedragen katalysator (RU/NB ₂ O ₅ ) eerder ontwikkeld door enkele van dezelfde teamleden, waaronder Michikazu Hara en Keigo Kamata bij Tokyo Tech's Institute of Innovative Research.

"Voor zover wij weten, de Ru-NP-katalysator vertoonde de hoogste omzetfrequentie van de metaalkatalysatoren die tot nu toe zijn gerapporteerd voor de reductieve aminering van furfural om furfurylamine te produceren, " schrijft het team in hun studie gepubliceerd in Chemische Wetenschappen .

Verdere experimenten om de herbruikbaarheid van de nieuwe katalysator voor de reductieve aminering van furfural te testen, toonden "geen merkbare afname in activiteit, zelfs na vier keer hergebruiken, " zeggen de onderzoekers, om de robuustheid van de katalysator te benadrukken.

Het geheim achter de uitzonderlijke prestaties van de katalysator ligt in zijn kenmerkende structuur en vorm. Gebruikelijk, Ru heeft een zeshoekige, dicht opeengepakte structuur die de katalytische prestaties beperkt. In tegenstelling tot, de nieuwe katalysator heeft een hoog gehalte aan zogenaamde platte, ongerepte face-centered-cubic ruthenium nanodeeltjes aan het oppervlak, die dienen als actieve plaatsen met een zwak elektronendonerend vermogen. Het is dit kenmerk dat van cruciaal belang wordt geacht voor het mogelijk maken van efficiënte en selectieve reductieve aminering van verschillende carbonylverbindingen.

Naast het vergemakkelijken van de productie van van biomassa afgeleide amines, de nieuwe katalysator kan ook helpen om te voldoen aan de eisen van de bredere fijnchemische industrie.