NEDO与关西大学，开发出用于制造高性能有机硅材料的氧化铁纳米颗粒催化剂

NEDO与关西大学，开发出用于制造高性能有机硅材料的氧化铁纳米颗粒催化剂

日本新能源及产业技术综合开发机构（NEDO）与关西大学合作，研发出用于制造高功能有机硅材料的氧化铁纳米粒子催化剂，通过替代以往的铂催化剂，可大幅降低硅烷偶联剂等有机硅材料制造过程中所需的能源和成本。

新开发的催化剂用量少、活性高、操作简单、可循环使用，并可根据温度变化控制反应，可作为多种硅烷偶联剂的合成催化剂，如汽车低油耗轮胎的添加剂等。

与通用碳基聚合物材料相比，硅烷偶联剂、有机硅等有机硅材料具有优异的耐热性、耐寒性、耐光性、电绝缘性、脱模性和耐水性，应用范围广泛，从洗发水、化妆品、厨房用品、隐形眼镜、低油耗轮胎、LED灯泡等生活用品，到绝缘油、脱模剂、密封剂、涂料等工业用品，无所不包。

目前有机硅材料的制造过程中普遍采用铂金触媒，但由于铂金为价格昂贵的稀有金属，且残留的铂金会导致材料性能下降，使得产品的使用受到限制。

此次开发的氧化铁纳米粒子催化剂的结构如下：氧化铁聚集形成直径为数纳米的纳米粒子，被DMF（N,N-二甲基甲酰胺）包围（图1）。此外，这种催化剂只需少量即可获得高活性，操作简单即可回收利用，并可根据温度变化控制反应。此外，它还可以用作各种硅烷偶联剂的合成催化剂，例如汽车低油耗轮胎的添加剂。

图1：DMF保护氧化铁纳米颗粒示意图

通过详细分析纳米粒子催化剂的聚集缔合、结构组成变化对催化反应过程中催化活性的影响，成功使其在有机硅材料合成最常用的方法——硅氢化反应中具有高活性。其特点是不需要使用普通催化剂所需的保护剂、分散剂、还原剂，在DMF溶液中只需加热搅拌即可发生反应，因此可以轻松进行催化剂合成（图2左）。

图2：硅胶材料制造工艺特点

新催化剂的特点是可以用作温度响应型催化剂，在 60°C 时不发生反应，但在 100°C 时可有效反应（图 2 中央），这是过去制造有机硅材料时遇到的难题。这有效抑制了使用铂等传统氢化硅烷化催化剂时存在的过度反应、副反应和变色等问题，使使用催化剂的产品能够高度稳定且可控地进行反应。

通过使用己烷溶液进行萃取，可以轻松分离和回收制造有机硅材料时产生的目标反应物和副产物，这有助于通过回收利用降低催化剂成本（图2右侧）。此外，它可以抑制产品中的催化剂残留（混合），并提高有机硅材料的性能。通过萃取和分离催化剂，无需像以前一样对有机硅材料进行蒸馏和分离，从而消耗大量能源，从而大大节省能源并降低制造成本。

文：JST Japan编辑部