納米鐵或將帶來有機矽行業的催化革命

2019-07-12

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有機矽化合物

有機矽化合物是製造橡膠、塑料和各種其他聚合物的材料科學中不可或缺的成分。人們通過在有機化合物中引入矽基團來合成有機矽，作為促進和加速反應的催化劑在合成反應中起到非常重要的作用。鉑是傳統常用的催化劑，但其稀缺性和昂貴的價格大大限製了有機矽的生產。科學家們一直在嚐試應用更常見和廉價的過渡金屬“鐵”作為催化劑替代品。

日本關西大學的Yasushi Obora教授研究團隊近期研究成果指出氧化鐵納米粒子在有機矽催化領域擁有重大潛力。該團隊目前已經研發了一種利用二甲基甲酰胺(DMF)試劑直接製備鐵、銅、鉑納米粒子的方法。由於納米粒子具有較高的表麵積，因此是一種非常有效的催化劑。正是由於DMF對納米顆粒的形成起到保護作用，所以課題組采用此方法合成氧化鐵納米顆粒。

為了詳細了解氧化鐵納米顆粒的結構，研究團隊首先利用高分辨率的電子顯微鏡和透鏡對納米粒子進行了化學表征，發現這些納米顆粒的大小在2nm到5nm之間。研究團隊又利用X射線和紅外光譜技術測試DMF與氧化鐵顆粒之間的微觀相互作用，發現納米粒子被DMF分子所包裹，這也許歸因於DMF的粒子保護機理。

為了測試這些氧化鐵納米粒子在促進矽氫化反應方麵的效率，研究人員首先使用了含有10個碳分子的正癸烯作為實驗物。納米顆粒有效地催化了反應速率並使84%的正癸烯轉化為矽基形式。同時這些納米顆粒也有效轉化了許多其他類型的烯烴，包括那些分子中含有大量環狀結構的烯烴。化學反應結束後當研究人員從反應混合物中分離出這些納米粒子，發現其粒子結構依然保持完整，能夠重複利用催化反應多達5次而不降低催化效率。

化鐵納米顆粒作為新興的有機矽合成催化劑，具有高產、低價、可循環利用、高效催化等優勢，在不久的將來也許會為有機矽行業生產帶來巨大的貢獻！