室温に近い温度でスルフィドからスルホンを選択的に合成 ~高性能な六方晶ペロブスカイト酸化物ナノ粒子触媒を開発~

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2025-04-07 東京科学大学

東京科学大学の研究チームは、マンガン(Mn)、ストロンチウム(Sr)、ルテニウム(Ru)を組み合わせた六方晶ペロブスカイト酸化物ナノ粒子触媒を開発しました。この触媒は、酸素分子(O₂)のみを酸化剤として用い、室温に近い30℃という温和な条件下で、スルフィドを99%以上の高選択性でスルホンへと酸化することに成功しました。特に、Ruをわずか1%添加するだけで触媒性能が飛躍的に向上し、貴金属の使用量を大幅に削減できました。さらに、実験化学と第一原理計算を組み合わせた解析により、Ruの添加がMnを架橋する面共有酸素の反応性を高め、高効率なスルフィド酸化を実現するメカニズムが明らかになりました。この研究成果は、環境負荷の低い化学品合成プロセスの実現に向けた重要な一歩となります。

<関連情報>

六方晶ペロブスカイト酸化物の酸素欠陥工学による硫化物のスルホンへの好気的酸化触媒性能の向上 Oxygen Defect Engineering of Hexagonal Perovskite Oxides to Boost Catalytic Performance for Aerobic Oxidation of Sulfides to Sulfones

Keiju Wachi, Masashi Makizawa, Takeshi Aihara, Shin Kiyohara, Yu Kumagai, Keigo Kamata
Advanced Functional Materials  Published: 03 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.202425452

室温に近い温度でスルフィドからスルホンを選択的に合成 ~高性能な六方晶ペロブスカイト酸化物ナノ粒子触媒を開発~

Abstract

Oxygen defect engineering in metal oxides is a promising approach to designing efficient active sites for catalytic oxidation involving surface lattice oxygen. In the present study, a combined approach focusing on the structure of oxygen sites (face-shared vs corner-shared) and B-site substitution in an ABO3 hexagonal perovskite oxide is investigated. Ru-substituted SrMnO3 nanoparticles (SrMn1−xRuxO3) efficiently catalyzes the aerobic oxidation of thioanisole to sulfone with high selectivity (>99%) even at 30 °C, which is much lower than the temperatures required for the same reaction catalyzed using previously reported Mn- and Ru-based oxide catalysts (80–150 °C). Only a small amount of Ru incorporation (x = 0.01) substantially enhances its catalytic performance. The present catalyst can be reused five times and applied to the aerobic oxidation of various sulfides to afford the corresponding sulfones. Mechanistic studies reveal a bifunctional property of SrMn1−xRuxO3, where surface lattice oxygen is involved in sulfide oxidation, and the strong adsorption of sulfoxides onto the surfaces contributes to the rapid successive oxidation of sulfoxide. Catalyst reducibility estimations and density functional theory calculations indicate that the intrinsic role of Ru is likely to enhance the oxygen transferability of face-shared Mn4+–O–Mn4+ species.

0500化学一般
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