摘要：作为绿色化学的最近飞跃，科学家在接近室温下揭开了一种新的催化剂，该催化剂可利用分子氧促进高产量。通过微调钙钛矿氧化物催化剂中氧空位的结构，研究人员成功地将反应温度从80-150 c降低到近30 c，从而提高了能源效率。该研究标志着促进复杂的硫化物氧化反应的重要里程碑，以极好的效率提供可持续性。...
作为绿色化学的最近飞跃，来自日本的科学家推出了一种新的催化剂，该催化剂可以使用分子氧 - 靠近室温，可实现高产量的硫酮。通过微调钙钛矿氧化物催化剂中氧空位的结构，研究人员成功地将反应温度从80-150°C降低至近30°C，从而提高了能源效率。该研究标志着促进复杂的硫化物氧化反应的重要里程碑，以极好的效率提供可持续性。
硫酮是一类含硫化合物，是从硫化物的选择性氧化中得出的。尽管这些化合物构成了药物，溶剂和聚合物工业的核心，但它们的化学合成通常受到高反应温度和极端反应条件的阻碍。此外，这些还需要昂贵的添加剂和刺激性的溶剂才能生产。在这种背景下，来自日本的一组研究人员引入了一种新的催化剂设计，能够克服常规合成的局限性，具有更高的选择性和硫酮产量更好的产量。
该研究团队由日本科学学院的Keigo Kamata教授领导，利用先进的催化剂合成技术来探索元素组成和晶体结构的变化如何有助于在较低温度下硫化物氧化的催化性能。他们的发现在线发布高级功能材料2025年4月3日。
Kamata指出：“使用分子氧作为氧化剂的硫化物氧化是有机化学中最具挑战性的反应之一，并且近年来可以促进这种类型反应的新固体催化剂的发展引起了极大的关注。”
为了满足这一需求，研究人员专注于钙钛矿氧化物，钙钛矿氧化物是一种广泛用于催化的材料。增强基于跨质（SR），锰（MN）和氧气（O）的六角形钙钛矿中特定金属氧（面部共享氧）的反应性，称为SRMNO3，他们引入了唯一的原子（RU）原子代替一些MN原子。这种微妙的修饰会在晶体内部产生氧气空位，从而显着提高了催化剂转移氧原子的能力 - 这是硫化物氧化的重要步骤。
结果是一个称为SRMN的有效催化剂1-xruxo3在反应温度低至30°C的情况下，能够将硫化物转化为空前的选择性为99％。这是与常规系统的戏剧性转移，通常需要80-150°C对同一反应。
常规反应系统依靠大量贵金属来选择性。尽管研究人员确实利用了RU，但他们在仅1％的RU掺杂就获得了更大的选择性，这大大减少了贵金属的使用。利用机械研究，研究人员进一步揭示了显着催化性能背后的机制。
“催化是遵循火星van krevelen机制的，其中晶体表面上的氧原子转移到硫化物中，留下了氧气空位。然后，这些空位被大气中的分子氧填充，循环继续进行，然后继续进行。”
开发催化剂的另一个惊人优势是其耐用性。该小组确认，催化剂至少可以重复使用五次，而不会出现任何大幅损失的性能。此外，该系统适用于广泛的硫化物底物，其中包括芳香，脂肪族，使其对行业的用途高。
尽管本研究仅关注硫化物氧化，但这项工作的含义可以扩展到广泛的氧化反应，从而改变了环境清理和能量转化。该团队希望他们的发现将激发新的催化剂设计，这些设计具有更大的可持续性和成本效益。该研究还强调了多种因素在创建可持续材料，为绿色和更智能的工业化学铺平道路上的协同作用。
