Сульфонов, класс серосодержащих соединений, химически полученные из селективного окисления сульфидов. Хотя эти соединения составляют основу лекарственных препаратов, растворителей и полимерной промышленности, их химического синтеза часто мешают высокие температуры реакции и экстремальных условиях реакции. Кроме того, они также требуют дорогостоящих добавок и агрессивных растворителей для производства. На этом фоне группа исследователей из Японии представила новый дизайн катализатора, способного преодолеть ограниченность обычного синтеза, предлагая более высокую селективность и выход лучше для сульфонов.

Исследовательская группа, возглавляемая профессором Кейго Камата из Института науки в Токио, Япония, использовали передовые катализатора синтеза методов для изучения того, как изменения в химическом составе и кристаллической структуре способствуют производительность катализатора для окисления сульфидов при более низкой температуре. Их выводы были опубликованы онлайн в журнале Advanced Functional Materials 03 апреля 2025 года.

"Окисление сульфидов с использованием молекулярного кислорода в качестве окислителя является одной из самых сложных реакций в органической химии, и разработка новых твердых катализаторов, которые могут облегчить этот тип реакций, привлекла значительное внимание в последние годы", - отмечает Камата.

Удовлетворяя этот спрос, исследователи сосредоточились на оксиде перовскита, материале, широко используемом для катализа. Чтобы повысить реакционную способность специфической формы металла-кислорода (совместно используемого кислорода) в гексагональном перовските на основе стронция (Sr), марганца (Mn) и кислорода (O), получившем название srmno3, они ввели атомы рутения (Ru) вместо некоторых атомов Mn. Эта тонкая модификация создала кислородные вакансии внутри кристалла, что значительно улучшило способность катализатора переносить атомы кислорода - важный этап окисления сульфидов.

Результатом стал эффективный катализатор, известный как srmn1_-x Ru _x o3, который был способен превращать сульфиды в сульфоны с беспрецедентной селективностью 99% при температуре реакции всего 30°C. Это был существенный сдвиг по сравнению с обычными системами, которые обычно требуют 80-150°C для проведения той же реакции.

Обычных систем реагирования рассчитывать на большие объемы драгоценных металлов на селективность. Пока исследователи не используйте ру они достигли большей селективностью в 1% допинг-ru, что значительно сокращает использование драгоценных металлов. С помощью механистических исследований, ученые обнаружили механизм, стоящий за замечательную производительность катализатора.

"Катализ следует Марса-Ван механизм Krevelen, в котором атомы кислорода на кристалл передачи поверхности сульфидов, оставив вакансий кислорода. Эти вакансии заполняются путем молекулярного кислорода в атмосфере, и круговорот продолжается", - объясняет Камата.

Еще одним ярким преимуществом разработанного катализатора является его долговечность. Команда подтвердила, что катализатор может использоваться повторно не менее пяти раз без заметных потерь производительности. Кроме того, эта система была применима к широкому кругу сульфидных субстраты, которые включены ароматические, алифатические, что делает его чрезвычайно универсальным для промышленности.

В то время как настоящее исследование было сосредоточено только на окисление сульфида, последствия этой работы может охватывать широкий спектр реакций окисления, превращая экологической очистке и превращения энергии. Команда надеется, что их результаты будут вдохновлять на новые проекты катализатор, который обеспечивает большую устойчивость и экономичность. В исследовании также подчеркивается синергетический эффект из нескольких элементов, в создании экологически безопасных материалов, что открывает путь для более экологичных и умнее промышленной химии.