Блог

Jul 31, 2023

Новый катализатор помогает превратить пластиковые отходы в нас

Катализатор на основе наночастиц золота может перерабатывать полиэстер и биомассу Изображение Токийского столичного университета: простые и сложные эфиры реагируют с дисиланом в присутствии гибридного катализатора

Поддерживаемый катализатор на основе золотых наночастиц может перерабатывать полиэстер и биомассу

Токийский столичный университет

фото: Простые и сложные эфиры реагируют с дисиланом в присутствии гибридного катализатора, состоящего из наночастиц золота, установленных на подложке из оксида циркония. Присутствие наночастиц золота, а также кислотных и основных участков на носителе помогает превращать простые и сложноэфирные группы в силановые группы.посмотреть больше

Фото: Токийский столичный университет.

Токио, Япония – Исследователи из Токийского столичного университета обнаружили, что наночастицы золота, нанесенные на поверхность оксида циркония, помогают превращать отходы, такие как биомасса и полиэстер, в органосилановые соединения — ценные химические вещества, используемые в широком спектре применений. Новый протокол использует взаимодействие между наночастицами золота и амфотерной (как кислотной, так и основной) природой носителя из оксида циркония. Результатом является реакция, требующая менее жестких условий, более экологичный метод переработки отходов.

Переработка является важной частью решения человечеством глобальной проблемы пластиковых отходов. Во многом речь идет о переработке пластиковых отходов в пластиковые изделия. Однако ученые также изучают альтернативные подходы, позволяющие стимулировать использование отходов в качестве ресурса. Это включает в себя переработку отходов, преобразование отходов в совершенно новые соединения и продукты, которые могут быть более ценными, чем материалы, использованные для их изготовления.

Группа исследователей из Токийского столичного университета под руководством доцента Хироки Миуры работает над преобразованием пластика и биомассы в органосиланы, органические молекулы с атомом кремния, присоединенным для образования связи углерод-кремний. Органосиланы являются ценными материалами для высокоэффективных покрытий и промежуточных продуктов в производстве фармацевтических препаратов и агрохимикатов. Однако при добавлении атома кремния часто используются реагенты, чувствительные к воздуху, влаге и требующие высоких температур, не говоря уже о резко кислых или щелочных условиях. Это потенциально делает сам процесс конверсии экологическим бременем.

Теперь команда применила гибридный каталитический материал, состоящий из наночастиц золота, нанесенных на подложку из оксида циркония. Катализатор принимает эфирные и сложноэфирные группы, которые присутствуют в изобилии в пластиках, таких как полиэфир, и в соединениях биомассы, таких как целлюлоза, и помогает им реагировать с кремнийсодержащим соединением, известным как дисилан. При слабом нагревании в растворе они успешно создали органосилановые группы там, где располагалась сложноэфирная или эфирная группа. Благодаря детальному изучению механизма команда обнаружила, что взаимодействие между наночастицами золота и амфотерной (как основной, так и кислотной) природой носителя отвечает за эффективное и высокопроизводительное преобразование сырья в мягких условиях.

Учитывая, что утилизация пластиковых отходов часто требует сжигания или жесткой кислотной/щелочной среды, сам процесс уже обеспечивает простой путь разложения полиэфиров в гораздо менее жестких условиях. Однако ключевым моментом здесь является то, что продукты реакции сами по себе являются ценными соединениями, готовыми к новым применениям. Команда надеется, что этот новый путь к производству органосиланов станет частью нашего пути к углеродно-нейтральному будущему, когда пластмассы не попадут в окружающую среду, а станут более полезными продуктами для общества.

Эта работа была поддержана Программой инициативы по элементной стратегии для катализаторов и батарей (ESICB) (номер гранта JPMXP0112101003), программой JST FOREST (номер гранта JPMJFR203V), грантами для научных исследований (B) (номер гранта 21H01719). , «Сложные исследования (исследовательские)» (грант № 22K18927) и «Научные исследования в инновационных областях» (грант 17H06443) по заказу MEXT, Япония.

Журнал Американского химического общества

10.1021/jacks.2c12311

Разнообразное алкил-силильное кросс-сочетание посредством гомолиза неактивированных связей C(sp3)–O при взаимодействии наночастиц золота и амфотерных оксидов циркония