Katalysatoren zijn cruciaal om industriële processen levensvatbaar te maken. Echter, veel van de niet-edelmetaalkatalysatoren die voor de synthese worden gebruikt, hebben een lage activiteit, zijn moeilijk te hanteren, en/of vereisen zware reactieomstandigheden. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben een monokristallijne kobaltfosfide-nanostaafkatalysator ontwikkeld die een aantal van de beperkingen van conventionele kobaltkatalysatoren overwint. Hun bevindingen werden gepubliceerd in JACS Au .

Reductieve aminering is een belangrijke chemische reactie die wordt gebruikt om carbonylverbindingen om te zetten in aminen. Het is een belangrijke stap in de productie van veel materialen zoals polymeren, kleurstoffen, en geneesmiddelen, en is aantrekkelijk omdat de reagentia kosteneffectief en overal verkrijgbaar zijn, en het belangrijkste bijproduct is water.

De momenteel voor reductieve aminering gebruikte katalysatoren zijn in het algemeen niet-edelmetaalkatalysatoren zoals kobalt- en nikkelsponzen. Echter, ze zijn zeer gevoelig voor lucht, en dit maakt ze moeilijk te hanteren zonder deactivering. Ze vereisen ook zware reactieomstandigheden, zoals hoge H2-drukken, waardoor de energie- en infrastructuurkosten stijgen. Daarom, de ontwikkeling van een nieuwe luchtstabiele en zeer actieve katalysator is zeer gewenst.

De onderzoekers maakten een monokristallijne kobaltfosfide-nanostaafkatalysator voor de reductieve aminering van carbonylverbindingen. De introductie van fosfor in het kobalt - een methode die "fosforlegering" wordt genoemd - maakt het kobalt actief en stabiel in de lucht. Het creëert ook goed gedefinieerde actieve plaatsen in de kristalstructuur, die leiden tot meer selectieve reacties in vergelijking met die op conventionele katalysatoren.

"Onze nanostaaf is de eerste metaalfosfidekatalysator die is gebruikt voor reductieve aminering, naast de eerste kobaltkatalysator die effectief is bij atmosferische druk, " studie eerste auteur Min Sheng legt uit. "Bovendien, onze katalysator vertoonde het hoogste omzetgetal van alle homogene en heterogene niet-edelmetaalkatalysatoren die voor dezelfde reactie werden getest."

De nanorod-katalysator behoudt de hoge activiteit na vier keer gebruiken, wat aantoont dat het een levensvatbaar alternatief is voor gebruik in processen die een hoge doorvoer vereisen.

"We verwachten dat onze nanorod-katalysator een belangrijke bijdrage zal leveren aan de kosten- en energie-efficiënte productie van aminen, " zegt studie corresponderende auteur Takato Mitsudome. "Maar verder, wij geloven dat fosforlegering het potentieel heeft om de katalyse voor veel andere organische reacties te verbeteren, leiden tot groenere en duurzamere processen die de productiviteit verbeteren, energiebronnen sparen, en vermijd de afhankelijkheid van gevaarlijke verbindingen terwijl we ons milieu beschermen."