Onderzoekers onder leiding van Keigo Kamata en Michikazu Hara van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hebben een op ruthenium gebaseerde perovskietkatalysator ontwikkeld die zelfs bij lage temperaturen (tot 313 K) een sterke activiteit vertoont. De herbruikbare katalysator vereist geen additieven, wat betekent dat het de vorming van giftige bijproducten kan voorkomen. De oxidatie van sulfiden is een commercieel belangrijk proces met brede toepassingen, variërend van de productie van chemicaliën tot milieubeheer.

De onderzoekers slaagden erin een bariumruthenaat (BaRuO ₃ ) perovskiet - de eerste katalysator in zijn soort waarvan is aangetoond dat deze in staat is tot selectieve oxidatie van sulfiden onder milde omstandigheden, met moleculaire zuurstof (O ₂ ) als het enige oxidatiemiddel en zonder dat er additieven nodig zijn.

Rapporteren van hun bevindingen in ACS toegepaste materialen en interfaces , de onderzoekers stellen dat BaRuO ₃ heeft drie voordelen ten opzichte van conventionele katalysatoren.

Ten eerste, het vertoont hoge prestaties, zelfs bij 313 K, een temperatuur die veel lager is dan het bereik van 373 tot 423 K dat werd gerapporteerd in eerdere systemen, waaronder andere op ruthenium en mangaan gebaseerde katalysatoren. Ten tweede, zijn hoge zuurstofoverdracht geeft aan dat het veel potentiële toepassingen heeft; bijvoorbeeld, het is van toepassing op de oxidatieve ontzwaveling van dibenzothiofeen, die een opbrengst van 99 procent zuiver sulfon kan produceren. Ten derde, de nieuwe katalysator is recyclebaar - de huidige studie toonde aan dat BaRuO ₃ kan minstens drie keer worden hergebruikt zonder prestatieverlies.

De prestatie overwint verschillende klassieke beperkingen, zoals de behoefte aan additieven, giftige reagentia en hoge reactietemperaturen om goede katalytische prestaties te bereiken.

De katalysator heeft een rhomboëdrische structuur (zie figuur 1). Terwijl andere op ruthenium gebaseerde katalysatoren die tot nu toe zijn onderzocht, zoals SrRuO ₃ , CaRuO ₃ en RuO ₂ kunnen allemaal worden beschreven als octaëdrische eenheden die de hoeken delen, BaRuO ₃ heeft face-sharing octaëders. Deze configuratie wordt beschouwd als een van de belangrijkste redenen voor het hogere zuurstofoverdrachtsvermogen van de katalysator.

De manier waarop BaRuO ₃ werd gesynthetiseerd - op basis van de sol-gel-methode met appelzuur - was ook belangrijk. De onderzoekers zeggen:"De katalytische activiteit en het specifieke oppervlak van BaRuO ₃ gesynthetiseerd door de met appelzuur ondersteunde methode waren hoger dan die van BaRuO ₃ gesynthetiseerd door de gepolymeriseerde complexe methode."

De studie benadrukt het belang van subtiele veranderingen in de nanoschaalstructuur van perovskietkatalysatoren, en zou veelbelovende aanknopingspunten kunnen bieden voor verder onderzoek naar een breed scala aan op perovskiet gebaseerde functionele materialen.