Ein Forschungsteam hat einen neuen metallorganischen Komplex auf Polyoxometallatbasis synthetisiert, den sie anschließend als Katalysator für die Oxidationsreaktionen verschiedener Sulfide testeten. Sie fanden heraus, dass der Komplex eine hervorragende katalytische Leistung, gute Wiederverwendbarkeit und strukturelle Stabilität besitzt.
Die Arbeit des Teams wird in der Zeitschrift veröffentlicht Polyoxometallate.
Wissenschaftler auf vielen Gebieten haben die selektive Oxidation von Sulfiden zu Sulfoxiden erforscht. Sulfoxide sind organische Verbindungen, die Schwefel und Sauerstoff enthalten. Diese Sulfoxide sind Chemikalien mit hoher Wertschöpfung in der Pharmazeutik, der Agrochemie, in Farbstoffen und als chirale Hilfsstoffe, die wesentliche Werkzeuge für den Aufbau hochkomplexer Moleküle sind.
Die Hauptmethode, mit der Wissenschaftler Sulfoxide herstellen, ist die katalytische Oxidationsreaktion von Sulfiden unter Verwendung homogener oder heterogener Katalysatoren und umweltfreundlicher Oxidationsmittel unter milden Bedingungen. Daher sind Wissenschaftler an der Möglichkeit interessiert, einen wirksamen heterogenen Katalysator mit ausgezeichneter katalytischer Aktivität und einfacher Trennung bei der katalytischen Oxidationsreaktion zu entwickeln.
Polyoxometallate (POMs) sind eine Klasse von Nanomaterialien, die besondere Eigenschaften aufweisen. Zu diesen Merkmalen gehören hohe negative Ladungen, bemerkenswerte Redoxfähigkeiten und die Möglichkeit zur organischen Pfropfung. Aufgrund dieser Eigenschaften haben POMs großes Interesse an energiebezogenen Anwendungen geweckt. Ihre potenziellen Anwendungen reichen von Materialwissenschaften, Katalyse, Medizin, Umweltschutz und Wasserstoffproduktion.
POM-basierte metallorganische Komplexe (POMOCs) sind ein wachsender Zweig der POMs. POMOCs vereinen nicht nur die herausragenden Eigenschaften von POMs und metallorganischen Komplexen, sondern verbessern auch die Auslaugung, Auflösung und Aggregation von POMs. Sie werden in vielen Bereichen eingesetzt, insbesondere in der Katalyse.
„Unseres Wissens gibt es nur wenige Berichte über POM-basierte metallorganische Komplexe mit einem 3D-Gerüst, das auf POM-Einheiten und metallorganischen Komplexbrücken basiert, was uns dazu veranlasst, dieses selten erforschte Forschungsgebiet zu untersuchen. Denn Kupfer-organische Komplexe besitzen faszinierende Eigenschaften „Architekturen, Topologien und Anwendungen, Design und Synthese neuer POMOCs mit 3D-Gerüst auf Basis von POMs und Cu-organischen Komplexen sind immer noch eine Herausforderung“, sagte Zhong Zhang vom College of Chemistry and Materials Engineering der Bohai University.
Im Rahmen dieser Forschung erhielt und charakterisierte das Team ein neues POMOC mit eingebautem Kupfer namens CuW-EDDP. Dies ist ein POMOC vom Keggin-Typ. Der Keggin-Typ beschreibt die Strukturform von POMs. Der Keggin-Typ und der Dawson-Typ sind zwei Grundtypen von POM-Strukturen.
Das Team synthetisierte das CuW-EDDP unter hydrothermischen Bedingungen, bei denen es drei Tage lang in einem Edelstahlreaktor erhitzt und anschließend abgekühlt und getrocknet wurde. Das Team analysierte das von ihnen synthetisierte CuW-EDDP mithilfe von Infrarotstrahlungsspektren, Elementaranalyse und Thermogravimetrie. Sie entdeckten, dass das CuW-EDDP eine einzigartige dreidimensionale Struktur aufweist. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass CuW-EDDP als heterogener Katalysator für die selektive Oxidation verschiedener Sulfide verwendet werden kann.
Aus früheren Studien wusste das Team, dass kupferhaltige POMOCs eine hervorragende katalytische Fähigkeit für viele Oxidationsreaktionen aufweisen, insbesondere für die selektive Oxidation von Sulfiden. Dies liegt daran, dass POMs und Kupferzentren als katalytisch aktive Zentren fungieren könnten, um den katalytischen Oxidationsprozess zu fördern. Die zahlreichen kupferaktiven Stellen in CuW-EDDP fördern seine Effizienz als Katalysator.
Das Team untersuchte die optimalen Reaktionsbedingungen für die selektive Oxidation von Methylphenylsulfid zu Methylphenylsulfoxid. Sie untersuchten die Auswirkungen der Reaktionstemperatur, der CuW-EDDP-Dosierungen, der Tert-Butylhydroperoxid-Mengen und der Lösungsmitteltypen. Sie führten mehrere unterschiedliche Kontrollexperimente zur selektiven Oxidation von Methylphenylsulfid zu Methylphenylsulfoxid durch.
„Als wirksamer heterogener Katalysator zeigte CuW-EDDP eine hervorragende Leistung, gute Wiederverwendbarkeit und strukturelle Stabilität bei der selektiven Oxidation von Methylphenylsulfid. Es zeigte eine hohe Umwandlung (100 %) und Selektivität (98 %) innerhalb von 30 Minuten“, sagte Zhang. Das Team untersuchte auch die katalytische Aktivität von CuW-EDDP bei der Oxidation anderer Sulfidderivate.
Mit Blick auf die Zukunft ist das Team zuversichtlich, dass die erfolgreiche Synthese von CuW-EDDP als Leitfaden für die Entwicklung neuer POMOCs dienen kann, die auf POMs vom Keggin- oder Dawson-Typ und metallorganischen Komplexen mit neuartiger Topologie und einzigartigen Eigenschaften basieren.
Mehr Informationen:
Jia-Yu Sun et al., Hydrothermale Synthese, Struktur und katalytische Eigenschaften eines (4,6)-verbundenen Gerüsts, das aus Polyoxometallateinheiten vom Keggin-Typ und vierkernigen Kupferkomplexen aufgebaut ist, Polyoxometallate (2023). DOI: 10.26599/POM.2023.9140039
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