东京工业大学的研究人员开发出了一种在低温(313 K)下也具有明显活性的钌基钙钛矿催化剂。这种催化剂可以在不需要添加剂的情况下重复使用,因此也不会产生毒副产物。而硫化物氧化在商业上更是有着不可忽视的作用,从化学生产到环境管理上都具有广泛应用。
上图为菱形结构BaRuO3的面结合单元以及四方RuO2、立方SrRuO3和正交CaRuO3的角结合单元。下图为BaRuO3的扫描电镜(SEM)图像。
研究人员在ACS应用材料与界面大会上报告他们的研究结果时表示,BaRuO3与传统催化剂相比具有三大优势。
首先,这种材料在313 K时仍能保持较好的性能,这一温度远低于常规钌和锰基催化剂373-423K的适用温度范围。其次,高氧转移率使它在其它方面也有着许多潜在用途,比如它可用于二苯并噻吩的氧化脱硫[2],可生产纯度高达99%的二苯砜。最后,这种新催化剂是可回收的,目前的研究表明,BaRuO3可至少重复使用三次而不会损失性能。
该成果克服了很多其它催化剂的局限性,例如需要添加剂,高反应温度或产出有毒产物。
这种新催化剂具有菱形结构。虽然迄今为止研究的其他钌基催化剂如SrRuO3,CaRuO3和RuO2都为共角八面体单元,但BaRuO3具有共面八面体结构。研究人员认为,这种结构是赋予催化剂更高氧转移能力的主要原因之一。
基于苹果酸的溶胶—凝胶法对于BaRuO3来说也是至关重要的。研究人员说:“相比于聚合复合法合成的BaRuO3,用苹果酸辅助方法合成的BaRuO3具有更高的催化活性和比表面积。”
该研究着重分析了纳米级钙钛矿催化剂结构细微变化的重要性,并为各种钙钛矿基功能材料的进一步研究提供依据。
名词解释
[1]钙钛矿催化剂:参考具有通式ABO3的一族催化剂,由于其结构简单,柔韧性,良好的稳定性和可控的物理化学性质而引起广泛关注。
[2]氧化脱硫:一种重要的硫去除反应过程(与燃料行业遏制硫排放有关)。
[3]溶胶—凝胶法:一种制备新材料的常用方法,通过将胶体溶液(溶胶)中的单体转化为网状聚合物(凝胶)来制备新材料的方法。