化学家从石墨烯开发出花状催化剂

 
伊朗的RUDN化学家及其同事开发了一种新的策略，用于生产用于Heck偶联反应的中空多孔催化剂。这些催化剂的特征在于花状结构。它们由石墨烯组成，其表面沉积有层状铝钴氢氧化物和钯纳米颗粒。所得材料将获得染料所需的物质(反式二苯乙烯)的合成时间减少了10倍，而不会降低目标产物的收率。开发的催化剂可用于药物的立体选择性合成，有机染料的制备以及农业化学中。结果发表在《催化快报》上。
Mizoroki-Heck反应用于产生染料，除草剂和药物，其中钯充当催化剂。催化剂通常与双层铝和氢氧化钴结合使用，以提高钯的催化活性。但是这些氢氧化物的低电导率，差的机械稳定性和短的生命周期限制了它们的使用。化学家通过将氧化石墨烯引入催化剂结构克服了这些障碍。石墨烯表面的氮和硫原子增加了与钯纳米粒子的结合强度。石墨烯由于其较大的表面积，化学稳定性和高电导率，可以成为钯，钴和氢氧化铝的理想载体。
RUDN大学医学创新化合物分子设计和合成研究中心主任Rafael Luque和他的同事首先将石墨烯氧化为氧化物。然后，他们在钴盐和铝盐的存在下合成了花朵状的空心球。之后，他们在高温和高压下向其中注入硫和氮原子。化学家通过回收所得空心球孔中的钯化合物来合成目标催化剂。通过将催化剂与苯乙烯和氯，溴和碘的芳族衍生物加热来研究催化活性。
“与其他已报道的系统相比，这些催化剂非常有效并且具有很高的稳定性，”卢克说。
研究人员发现，在温和的合成条件下，反应两小时内，所获得的多孔球体具有很高的催化活性，并释放了反式二苯乙烯(目标反应产物)，其释放率高达95%。作者还发现，碘衍生物比类似的溴和氯衍生物反应更快。该催化剂在重复使用八次后显示出反应的能力，这表明它具有很高的稳定性。先前用于Heck偶联反应的催化剂要么显示出较低的产率值(从62%到91%)，要么需要高温和反应时间。拉斐尔·卢克(Rafael Luque)和他的同事证明了创建像花一样的稳定钯空心催化剂的潜力，以及石墨烯与硫和氮合金化在层状钴氧化铝基材上的积极作用。