用于酸碱催化的高性能钙钛矿氧化物的简便合成
双功能酸碱催化剂非常适合工业相关的化学过程。由于它们能够同时激活亲电子试剂和亲核试剂，它们允许催化协同和合作地进行。固体酸碱催化剂特别有利，因为它们可重复使用并且不会产生废物。然而，控制此类催化剂的结构以获得可协同工作的活性位点具有挑战性。因此，需要能够合成具有理想性能的高性能固体酸碱催化剂的简单有效的方法。
东京工业大学(Tokyo Tech)的 Keigo Kamata 教授领导的研究小组现已提出了一种简单的溶胶-凝胶法，用于合成钙钛矿型氧化物的高纯度双功能固体酸碱催化剂，推进了催化研究前沿。他们的研究发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。
Kamata 教授解释了选择钙钛矿型氧化物的基本原理，“钙钛矿型氧化物在多个领域越来越重要，包括磁性、铁电性、压电性和催化作用。此外，钙钛矿型氧化物的结构和物理化学性质可以通过控制它们的化学成分来调整。”
钙钛矿型氧化物具有多种组成，并在多种催化反应中表现出良好的结构稳定性、柔韧性和可控性。但是对于酸碱催化的反应，它们还没有得到充分的探索。此外，现有的合成方法复杂、耗时且需要多个步骤，因此难以合成高纯度和理想的钙钛矿氧化物催化剂。
该团队为规避这些挑战而开发的溶胶-凝胶方法有两个关键步骤。第一个涉及制备前体钙钛矿材料，而第二个包括煅烧过程以提高材料的表面积。
为了制备前体，研究人员将含有钛 (Ti 4+ )、锆 (Zr 4+ ) 或铌 (Nb 5+ ) 阳离子的金属醇盐溶解到含有苹果酸和过氧化氢的溶液中。然后，他们将含有 A 位元素的金属醋酸盐添加到溶液中，并将其干燥以形成粉末状前体。
接下来，他们通过在氮气气氛中将前体加热至 550°C 并将其暴露在空气中 5 小时，对前体进行煅烧。高温和氧气的存在使前体结晶并增加了其表面积。
在使用该方法合成的各种催化剂中，具有 SrTiO 3纳米颗粒(Sr：锶)的催化剂显示出最高的催化活性。它能够在温和的反应条件下，无需任何热预处理，使苯乙酮与三甲基甲硅烷基氰化物 (TMSCN) 高效氰基甲硅烷基化。
在进一步检查催化剂后，该团队发现其比表面积 (46 m 2 /g) 比市售钛酸盐 (1–4 m 2 /g)高 10 倍。Kamata 教授补充说：“我们观察到合成的纳米粒子可以激活碱性氧位点上的 TMSCN 和酸性 Ti 位点上的羰基化合物。这种协同活化机制是催化剂对氰基硅烷化反应具有高催化活性的原因。”
总之，这种合成用于催化的高纯度钙钛矿氧化物的直接方法可能成为实现需要温和条件的反应的有前途的策略。
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