Ein mit UNIST verbundenes Forschungsteam hat einen neuartigen Katalysator entwickelt, der die Fähigkeit eines natürlichen Enzyms zum Abbau schädlicher Kohlenwasserstoffe nachahmt und so den Weg für einen umweltfreundlicheren und energieeffizienteren Ansatz zur Reduzierung der Umweltverschmutzung ebnet.
Unter der Leitung von Professor Jaeheung Cho vom Fachbereich Chemie der UNIST ist es dem Forschungsteam gelungen, einen neuen Katalysator zu entwickeln, der die Fähigkeit von in der Natur allgegenwärtigen Metalloenzymen, Kohlenwasserstoffe zu oxidieren, nachahmt.
Die Forschung wurde veröffentlicht in der Online-Version von Zeitschrift der American Chemical Society am 3. Juni 2024.
Durch Zugabe von Wasserstoffionen zum Hydroxoliganden wurden metallgebundene Wassermoleküle synthetisiert. Der neue Katalysator, der metallgebundene Wassermoleküle verwendet, kann Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen (C–H) bei niedrigeren Temperaturen oxidieren als bestehende Methoden und ist damit ein Wendepunkt für die Entwicklung nachhaltiger Technologien.
Durch Zugabe von Wasserstoffionen zum Mangankatalysator konnte dessen Fähigkeit zur Aktivierung von Sauerstoff-Wasserstoff-Bindungen deutlich verbessert werden, was zu schnelleren Reaktionsgeschwindigkeiten führte. Diese gesteigerte Aktivität wird dem erhöhten Reduktionspotential von Mangan zugeschrieben, das durch die Modifizierung des Hydroxylliganden durch Wassereinlagerung erreicht wird.
Der neue Katalysator zeigte seine Wirksamkeit bei der Oxidation von Anthracen, einer Substanz mit starken Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen, bei niedrigen Temperaturen und beseitigte so wirksam die Giftigkeit. Darüber hinaus konnte er aromatische Kohlenwasserstoffe zersetzen, die in Wasser unlöslich und chemisch stabil sind.
Professor Cho zufolge „handelt es sich hier um das erste Mal, dass ein Mangan(III)-Komplex mit zwei Wassermolekülen bei niedrigen Temperaturen mit aromatischen Kohlenwasserstoffen reagiert hat.“ Er betonte, dass die Kontrolle des Reduktionspotenzials von Mangan zur Entwicklung industriell wichtiger Metallkatalysatoren beitragen wird, die starke Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen aufbrechen können.
Mehr Informationen:
Yuri Lee et al, Kontrolle des Redoxpotentials eines Mangan(III)–Bis(hydroxo)-Komplexes durch Protonierung und die Wasserstoffatom-Transfer-Reaktivität, Zeitschrift der American Chemical Society (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c01927