Pdナノ粒子とクロスで装飾された磁性ベントナイト

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2001 (2023) この記事を引用

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2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この研究では、Pd (II) ナノ触媒用のジビニルベンゼン-ポリビニルピリジン (PVP-DVB) で官能化された磁気的にリサイクル可能なベントナイトをベースとした新しいタイプの担体の調製を、簡単な費用対効果の高い方法で報告します。 まず、従来の共沈法によりベントナイトシート上に Fe3O4 ナノ粒子 (NP) を合成しました。 次に、準備された磁性支持体表面をジビニルベンゼン-ポリビニルピリジン (PVP-DVB) で官能化して、パラジウムとの高い配位能力を持つ架橋ポリマーを作成しました。 PVP-DVB ポリマー鎖内の窒素単位の繰り返しにより Pd 結合の数が増加し、ナノ触媒の性能が向上します。 最後に、穏やかな条件下でパラジウム NP の合成と固定化を同時に行いました。 合成されたナノ触媒は、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、X線光電子分光法、X線回折、フーリエ変換赤外分光法、振動サンプル磁力計、誘導結合プラズマ質量分析、熱重量分析などのいくつかの方法によって特性評価されました。 合成された不均一ナノ触媒の効率は、一連のハロゲン化アリール (X = Cl、Br、I) とフェニルボロン酸の間の鈴木・宮浦クロスカップリング反応および 4-ニトロフェノール (4-NP) の還元において調査されました。 さらに、合成されたナノ触媒は簡単に回収でき、90%を超える効率で数回再利用することができました。

現在、鈴木・宮浦カップリング反応は、多くの医薬品、ポリマー、天然物の製造に使用されるビアリール化合物の合成に、Pd などの金属ナノ粒子の存在下で行われる最新の有機法として使用されています 1,2。 スズキ反応の人気の主な理由の 1 つは、使用される材料と環境に優しい溶媒が無毒であることです 3,4。 したがって、近年、リサイクル可能性や環境との適合性などの独自の特徴を備え、この反応速度を最大効率で高める均一系または不均一系触媒の設計と合成が業界の主要な関心事の 1 つとなっています 5,6。 パラジウムは高価な金属として知られており、カップリング反応の主な触媒です。 Pd ナノ粒子には多くの利点があり、d 層電子への容易なアクセス、明確な量子特性、および調整可能なサイズが最も顕著ですが、分離プロセス中にかなりの量が無駄になるため、均一触媒としては使用されません。この問題を解決するために、いくつかの担持化合物上の不均一金属触媒として使用されています7、8、9。 グリーンケミストリーの観点から、安価で入手可能で環境に優しい担体を選択することが非常に重要です。 また、触媒の性能低下や回復の欠如は、担体と金属イオンの弱い相互作用の結果である可能性があるため、担体は不均一系触媒の調製において重要な役割を果たします10。 ベントナイトは粘土の一種であり、最適な表面と構造を備えた天然の無毒の鉱物材料であり、適切な担体となると同時に、その表面にポリマーや遷移金属を維持するための効果的な吸着剤としても機能します。

その一方で、産業界が広く使用している新興汚染物質としてニトロ芳香族化合物が水中に無差別に放出されることは、環境と人間の健康に対する深刻な脅威であると考えられています。 ニトロ芳香族化合物としての 4-NP は、ヒトに頭痛、吐き気、眠気、チアノーゼを引き起こします 11,12。 そのため、水から 4-NP を除去するために、表面吸着、膜分離、電気凝固、生物学的処理などの幅広い方法が開発されてきましたが、経済的で安全性が高い接触還元が最もよく知られた方法と言えます。 。 この還元中に得られるアミンは、医薬品、ゴム、染料、酸化防止剤の製造における貴重な原料または中間体です 13,14。

したがって、触媒の重要性を考慮し、以前の研究15、16、17に従って、この研究では、ベントナイト粘土や活性表面を有するPVP-DVBなどの非毒性化合物を使用してパラジウムナノ粒子を安定化するための効率的な基質を調製した後、高い熱安定性。さまざまなハロゲン化アリールとフェニルボロン酸の間の鈴木・宮浦反応と、NaBH4 の存在下での 4-NP の還元に使用されます。 この磁性触媒は、触媒性能を低下させることなく、磁石を用いて反応溶液から数回容易に分離することができます。

ベントナイトクレー、PVP-DVB、塩化パラジウム(PdCl2)、FeCl2・4H2O、FeCl3・6H2O、エタノール(EtOH)、酢酸、ヒドラジン水和物(NH2NH2)、アンモニア、フェニルボロン酸、ヨードベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、4-ニトロフェノール( 4-NP)、水素化ホウ素ナトリウム (NaBH4)、炭酸カリウム (K2CO3)、およびアセトニトリル (MeCN) は、Merck および Sigma-Aldrich から入手しました。 調製したナノ触媒は、走査型電子顕微鏡 (FE-SEM、TESCAN-MIRA3)、透過型電子顕微鏡 (TEM、EM10 c–100 kV)、およびフーリエ変換赤外分光法 (FT-IR、Bruker、ドイツ、RT-DLATGS) によって特性評価されました。検出器）。 ナノ触媒表面画像と EDX-MAP スペクトルは、TESCAN MIRA III を使用して取得されました。 熱重量分析 (TGA) は、圧縮窒素流下、25 ～ 1000 °C の温度範囲で 20 °C/分の加熱速度で熱分析装置によって実行されました。 また、ナノ触媒表面の化学組成をＸ線光電子分光装置（ＸＰＳ、ＳＰＥＣＳモデルＵＨＶ分析装置）を用いて分析した。 調製したナノ触媒の磁気特性は振動サンプル磁力計 (VSM) で測定し、ARL モデル 3410 を使用した ICP 分析を使用して基板に固定化されたパラジウム金属の割合を測定しました。合成されたナノ触媒は紫外可視分光法によって制御されました。

まず、０．５ｇのベントナイト粘土をＨ ２ Ｏ溶媒（１２０ｍＬ）中に超音波により３０分間分散させ、次いで２．７ｇのＦｅＣｌ ３ ・６Ｈ ２ Ｏを上記溶液に添加した。 １分後、１．０ｇのＦｅＣｌ ２ ・４Ｈ ２ Ｏを溶液に添加し、３時間撹拌した。 この後、25% NH3 溶液 11 mL を 60 °C で約 11 秒以内に溶液に注入し、さらに 1 時間撹拌しました。 得られた磁性化合物を磁石で分離し、H2Oで4回洗浄し、最後に生成物を25℃で一晩乾燥させました。

まず、２．０ｇのＰＶＰ−ＤＶＢを５０ｍＬのエタノール溶媒に撹拌しながら分散させた後、１ｍＬのＣＨ３ＣＯＯＨを混合物に加えた。 この混合物を60℃で5時間撹拌した。 得られた沈殿物を濾過により分離し、EtOHで3回洗浄した。 沈殿物を室温で乾燥させた後、その沈殿物０．７５ｇをＤＭＳＯ溶媒５０ｍＬに混合した。 一方、1.0 gのFe-BenをDMSO中で別々に20分間撹拌した。 最後に、2 つの溶液を互いに加え、60 °C で 24 時間撹拌しました。 得られた磁性複合体を外部磁石で取り外し、エタノールで２回洗浄し、室温で乾燥させた。

通常、0.03 gの塩化パラジウム(II)を70 mLのアセトニトリル中で、すべてのパラジウム粒子が溶解するまで2時間撹拌し、その後、透明な黄色の溶液が得られた。 また、０．５０ｇのＦｅ－Ｂｅｎ／ＰＶＰ－ＤＶＢ複合体（前のステップで調製した）を５０ｍＬのアセトニトリル中で３０分間撹拌した。 これら 2 つの調製した混合物を一緒に加え、60 °C で 24 時間撹拌しました。 その後、１ｍＬのヒドラジン水和物溶液（５ｍＬのエタノール中の０．５ｍＬのヒドラジン水和物（８０％））を上記の反応混合物に注入した。 ６時間後、合成されたナノ触媒を磁石で回収し、エタノールで２回洗浄した。 最後に、ナノ触媒を 25 °C で乾燥させました (図 1)。

Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の調製の概略図。

スズキカップリング反応 (図 2) を実行するには、まず 0.5 mmol のハロゲン化アリールを 25 mL 丸底フラスコ内の 2 mL の EtOH/H2O 溶媒混合物 (v/v = 1:1) に溶解し、すぐに 0.073 g ０．０６ｇの炭酸カリウム（２．０ｍｍｏｌ）および１０ｍｇ（０．３モル％Ｐｄ）のナノ触媒を含むフェニルボロン酸（０．６ｍｍｏｌ）をこのフラスコに加えた。 この混合物を反応が完了するまで（TLCによる検出）60℃で高速で撹拌し、その後反応混合物の温度を周囲温度まで下げ、磁石を使用してナノ触媒をリサイクルした。 一方、得られた生成物をジクロロメタン（３回、１０ｍＬ）を用いて抽出した。 溶媒を蒸発させ、生成物を無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。 最後に、カラムクロマトグラフィーを使用して最終生成物を精製しました。

Fe-Ben /PVP-DVB/Pd ナノ触媒によって触媒されるスズキカップリング反応の考えられるメカニズム。

合成したナノ触媒による 4-NP の還元を実行するために (図 3)、まず 2.5 mM 4-NP 溶液 10 mL と 250 mM NaBH4 溶液 10 mL を新たに調製しました。 次に、4 mLの水、0.5 mLのNaBH4、および0.1 mLの4-NPをそれぞれ石英キュベットに注ぎました。 反応を開始するために、まず合成したナノ触媒 2 mg (0.06 mol% Pd) をキュベットに添加し、混合物を室温で激しく撹拌しました。 紫外可視分光光度計を使用して 4-NP から 4-AP への還元をモニタリングし、4-NP の吸収強度を最大波長 400 nm で記録しました。 研究の最後に、磁性ナノ触媒は外部磁場によって反応媒体から再利用され、再利用のために洗浄されました。 これらすべてのステップを、1 mg (0.03 mol% Pd) のナノ触媒に対して繰り返しました。

リサイクル可能なFe-Ben/PVP-DVB/Pdナノ触媒によるニトロアレーン化合物の接触還元の可能なメカニズム。

この記事には、著者らによって行われた人間の参加者または動物を対象とした研究は含まれていません。

私たちは、指名された著者全員によって原稿が読まれ承認されていること、および著者としての基準を満たしているにもかかわらずリストに載っていない人物が他にいないことを確認します。 さらに、原稿に記載されている著者の順序が全員によって承認されていることを確認します。

ベントナイト-PVP架橋複合体（Fe-Ben/PVP-DVB/Pdナノ触媒）上に固定化されたFe3O4ナノ粒子とPdナノ粒子を設計し、それぞれ共沈法と還元法を用いてナノ粒子を合成した。 PVP 架橋によるベントナイト層の修飾は、それらの間の結合を強化するために行われ、また、Fe3O4 および Pd ナノ粒子の充填量の増加によりアクセプターの中心が増加しました。 最後に、効率的なナノ触媒として調製した触媒を、4-NP 反応のスズキカップリングと還元に適用しました。

FT-IR 分析を使用して、調製したナノ触媒の官能基を同定および評価しました。 これに関して、（a）ベントナイト、（b）PVP-DVB、（c）Fe-Ben/PVP-DVB、および（d）Fe-Ben/PVP-DVB/Pdのスペクトル比較を図4に示します。元のベントナイトのスペクトルは、約 460 cm-1、795 cm-1、および 1040 cm-1 の特定のピークを示し、ベントナイトの構造における伸縮振動 (Si-O-Si) を示しています。 1633 cm-1 の吸収バンドは、ベントナイト内のヒドロキシル基 (O-H) の曲げ振動に起因する可能性もあります。 526 cm-1 の吸収ピークは、長石の存在を示す Al-O-Si-O の伸縮振動に対応します。 吸着水の存在は、3433 cm-1 および 3631 cm-1 に現れるピークによって明らかになりました 18,19。 PVP-DVBのIRスペクトルは、ピリジン環の振動が1414cm-1、1450cm-1、1556cm-1、および1598cm-1の吸収結合によるものであることを示しています。 また、中心度 2850 cm-1 と 2922 cm-1 の 2 つの顕著なピークもあり、これはポリマーの骨格内の -CH2- の伸縮振動に起因すると考えられます。 ベントナイトの表面でPVP-DVBとFe3O4を増加させた後（図4c）、ピリジン環の伸縮振動に関連する特定のピークが1414cm-1と1598cm-1の領域に現れ、また関連する564cm-1のピークも現れました。 Fe-O 磁性ナノ粒子の伸縮振動により、これらの化合物がベントナイトの表面に効果的に存在することが確認されました 20。 合成されたナノ触媒のIRスペクトルを図4dに示しました。 官能基とパラジウム金属との相互作用により、結合がより分極され、その結果、ピークの強度が強化されました 21,22。

(a) ベントナイト、(b) PVP-DVB、(c) Fe-Ben/PVP-DVB、および (d) Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の正規化された FT-IR スペクトル。

Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の形態と構造は、TEM (図 5a) および HRTEM (図 5c および 5d) によって決定されました。 形態学的分析により、Pd ナノ粒子は準球形で均一であり、累積的に分布していないことが示されました。 さらに、TEM画像から決定されたナノ粒子のサイズ分布のヒストグラムを図5bに示します。 このヒストグラムによれば、平均粒径は約２７ｎｍであることが判明した。

合成された Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の TEM (a)、HRTEM (c & d)、および粒度分布ヒストグラム (b)。

図６は、調製されたナノ触媒のＳＥＭ画像を示す。 見てわかるように、Pd および Fe3O4 ナノ粒子はナノ触媒の表面にうまく分散および堆積されており、この分散の要因の 1 つは PVP-DVB の効果的な存在と考えられます。 ナノ粒子の存在をさらに確認し、ナノ触媒の構造における他の元素の存在を証明するために、EDX 技術 (図 7a) とマッピング (図 7b) が使用されました。 結果は、ナノ触媒構造中に Fe、Al、C、N、Si、Pd、および O 元素が存在することを示しました。 また、Fe-Ben/PVP-DVB 磁性複合材料に充填されたパラジウムの量は、ICP 分光法を使用して測定され、約 1.588% でした。 この違いは、Pd NP の大部分がナノ触媒の表面に分散していることを示しています。 一方、ナノ触媒の安定性を判断するために、リサイクル後のPd担持量も測定した。 ICP-OES分析により、リサイクルされたナノ触媒には1.092%のPdが含まれており、この良好な安定性がその高い活性につながっていることが示されました。

Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の SEM 画像。

Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の対応する EDX スペクトル (a)、C、N、O、Al、Si、Fe、および Pd 原子の元素マッピング パターン (b)。

調製したナノ触媒の磁気特性を調査するために、振動サンプル磁力計 (VSM) を使用して室温で - 8000 Oe から + 8000 Oe までサンプルの磁性を測定および検査しました。 図 8 は、磁気誘導 (Hc) と残留磁気 (Mr) 特性がゼロであることを注意深く示しています。 したがって、ナノ触媒は超常磁性特性を持っています23。 一方、裸の Fe3O4 ナノ結晶の磁気飽和 (MS) の量は約 70emu g-1 24 ですが、Fe-Ben/PVP-DVB/Pd では 20emu g-1 に減少しています。 言い換えれば、ナノ触媒構造中のポリマーとベントナイトの存在により、裸の Fe3O415 と比較して磁気飽和が減少しています。 しかし、同じ大きな磁気値は、このナノ触媒が依然として良好な透磁率を有しており、磁気特性を大幅に低下させることなく外部磁石によって簡単に取り外して数回再利用できることを示しています。

Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の磁化曲線。

調製したナノ触媒の結晶相と純度をXRDを用いて分析した。 Fe-Ben/PVP-DVB/Pdナノ触媒上に安定化されたベントナイト、ならびにFe3O4およびPd(0)ナノ粒子のこの​​パターンを図9aに示します。 回折角2θ = 20.2°、22.5°、26.6°、39.4°、54.7°で示されるピークは、それぞれベントナイトの板(110)、(012)、(210)、(113)、(144)に対応します。 （JCPDSカード、第898935号）25、26． また、2θ = 30.3°、35.6°、43.4°、53.8°、57.2°、63.05°、および 74.04°で強い回折ピークが観察されます。これは、ミラー指数 (111)、(220)、(それぞれ311)、(400)、(422)、(511)、(440)27。 これらのピークは、標準的な Fe3O4 結晶マグネタイト パターンに一致しており、その面心立方スピネル構造の結晶プレートに起因すると考えられます (JCPDS カード、No. 00-011-0614)。 一方、特定された 40.1°、46.7°、および 68.2°の 3 つのピークは、Pd (0) ナノ粒子の (111)、(200)、および (220) プレートに対応します (JCPDS カード No. 46-1043)28。 。 これらのピークは、Pd (II) から Pd (0) への変換を明確に確認し、Pd NP が複合材料表面上で首尾よく安定化されたことを示しています。 また、図９ｂは、リサイクル後のＦｅ−Ｂｅｎ／ＰＶＰ−ＤＶＢ／Ｐｄナノ触媒の結晶構造を示しており、安定であり、その構造を維持することができた。

(a) 新しい、および (b) 再利用された Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の XRD パターン。

各元素の表面組成と容量を調べるために、Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒から X 線光電子スペクトル (XPS) を取得しました (図 10)。 調査した XPS スペクトルには、Si 2p、Al 2p、Fe 2p、Pd 3d、N 1s、C 1s、および O 1s に関連するピークが存在します (図 10a)。 図 10b の高分解能 Fe 2p スペクトルには、5 つの異なるピークが示されています。 712.4 および 725.3 eV のピークは Fe2+ に対応し、714.4 および 727.6 eV のピークは Fe3+ に割り当てられます。 719.6 eV で観察された弱いピークはサテライト ピークに関連しており、ナノ触媒における Fe3O4 相の純度および形成の成功を確認しました 29。 図 10C は、高分解能の Pd 3d スペクトルを示しています。 この画像では、4 つの別々のピークが見られます。 338.3 および 344.2 eV のピークは Pd2+ または PdO に割り当てられ、336.4 および 342.8 eV のピークは金属 PdO30 に対応します。 一方、C1s のスペクトル (図 10d) では、2 つのピークが高分解能で見られます。 284.6 eV のピークは C=C/C-C の結合エネルギーに対応し、285.9 eV のピークは CN の結合エネルギーに特異的であり、これはナノ触媒中に PVP-DVB が正常に存在することを裏付けています 31。

(a) Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の XPS スペクトル。 (b – d) Fe 2p、Pd 3d、および C1s の高分解能 XPS スペクトル。

調製されたナノ触媒の TGA および dTGA ダイアグラムは、サンプルを毎分 10 °C の速度で加熱することによって記録されました (図 11)。 57 °C と 179 °C の吸熱ピークは、それぞれナノ触媒表面の物理的水分と構造間の水の除去による重量損失を示しています 32。 358℃での最大重量損失はPVP-DVBの主鎖の分解に関連し、287℃でのピークはナノ触媒構造内の他の有機化合物の分解に関連します20。 この分析は、重量損失の 28.42% がポリマーの除去に起因する可能性があることを示しています。 この複合材料は、最大 400 °C までの高い耐熱性を備えています。 したがって、Fe-Ben/PVP-DVB/Pd は化学構造がよく保存された高温ナノ触媒であると言えます。

10 °C/分の加熱速度でのFe-Ben/PVP-DVB/Pdナノ触媒のTGAおよびDTGサーモグラム。

Fe-Ben/PVP-DVB/Pd の触媒挙動を検討するために、フェニルボロン酸とヨードベンゼンの架橋反応がモデル反応として選択され、望ましい条件を達成するためにこの反応のさまざまなパラメーターが調べられました (表 1)。 。 反応は最初にナノ触媒の非存在下で研究され、その結果は、10時間後でも反応の進行がゼロであることを示した(表1、エントリー1)。

反応温度は触媒プロセスにおいて非常に重要であるため、さまざまな温度を調査し、60 °C で最高の性能が得られました (表 1、エントリ 2 ～ 6)。 次のステップでは、効果が高く、同時にグリーンケミストリーの原理により適合する溶媒が選択されました。 H2O/EtOH (1:1) の混合物が、高性能の効果的な溶媒として選択されました (表 1、エントリ 6 ～ 12)。 一方、最適化にはさまざまな量のナノ触媒が使用され、0.3 mol% のナノ触媒が高い効率を示しました (表 1、エントリ 3 および 13 ～ 14)。 最後のステップでは、塩基が存在しないモデルの反応条件が調査され、結果は塩基がスズキ反応において重要な役割 (K2CO3) を持っていることを示しました (表 1、エントリー 15)。 最終的に、最適な反応条件は次のように決定されました: 0.3 mol% Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒、0.073 g フェニルボロン酸 (0.6 mmol)、0.06 g 炭酸カリウム (2 mmol)、0.5 mmol ハロゲン化アリール ( 0.5当量)、最後に2 mLの水/エタノール溶媒混合物(v/v = 1:1)を60℃で15分間加えます。 フェニルボロン酸とさまざまなハロゲン化アリールの反応におけるこの方法の一般性を調査しました。結果を表 2 に示します。予想どおり、ヨウ化アリールおよび臭化アリールは塩化アリールより反応性が高いことがわかりました。 また、臭化アリール上の電子供与基と電子吸引基の両方が、Fe-Ben/PVP-DVB /Pd ナノ触媒の存在下で良好な収率、ターンオーバー頻度 (TOF)、およびターンオーバー数 (TON) を示しました。

表3では、本研究におけるFe-Ben/PVP-DVB/Pdナノ触媒の触媒的役割を、以前の研究で報告された多数のナノ触媒と比較した。 表によると、ブロモベンゼンとフェニルボロン酸のモデル反応における Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒は、他の触媒よりも生成物の収率が高く、反応時間が短く、反応条件が穏やかであることがわかります。

ナノ触媒の安定性を評価するために、鈴木反応の完了後、まず磁石によってナノ触媒を反応媒体から除去し、次にエタノールと水で数回洗浄し、再利用した。 この研究は、ナノ触媒が最大 5 サイクルまで使用でき、性能が大幅に低下することなく効率を維持できることを示しました (図 12)。

モデル反応における Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の磁気分離とリサイクル。

また、Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の不均一な性質は、熱濾過試験を通じて確認されました 38。 最初のステップでは、ヨードベンゼンとフェニルボロン酸の可能なスズキカップリング反応を最適な条件で 7 分後に実行しました。 所望の生成物が72%の効率で得られた。 第 2 ステップでは、外部磁石によって磁性ナノ触媒が反応媒体から完全に分離され、反応は磁石なしでさらに 7 分間継続されました。 調査では生成物の収量の増加は確認されず、Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒の不均一な性質が示されました。

紫外可視分光法を使用して、4-NP から 4-AP への還元反応におけるナノ触媒の性能を評価しました。 この研究は、還元剤として NaBH4 の存在下、水性媒体中で、最初に 2 mg、次に 1 mg の Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒を用いて実施されました。 図１３ａおよびｃに示すように、ゼロ瞬間では、４−ＮＰの吸収ピークが４００ｎｍの範囲に現れた。 このピークは、2 mg のナノ触媒では 60 秒で、1 mg のナノ触媒では 120 秒で消えます。 一方、反応過程や時間の経過とともに、4-AP のピークも 300 nm の範囲に現れます。 4-NP 化合物の 4-AP への還元は、溶液の色の変化を視覚的に確認することができます。 還元剤 NaBH4 の存在下で新たに調製した 4-NP の溶液は淡黄色をしていますが、徐々に色が減り、反応の最後には完全に無色になります。 また、ｐ−ＮＰ化合物を還元するためのｌｎ（Ａｔ／Ａ０）と反応時間（ｔ）との直線関係を図１３ｂおよびｄに示す。 この関係は擬一次であり、したがって、反応速度定数は、2 mgのナノ触媒については0.0582 s-1、1 mgのナノ触媒については0.0269 s-1で得られた。

(a) Fe-Ben/PVP-DVB/Pd ナノ触媒 (1 mg) を使用して 20 秒ごとに記録された水溶液中の 4-NP の還元。 (b) ln (At/A0) 対 4-NP の還元の反応時間。 （c）Fe-Ben/PVP-DVB/Pdナノ触媒（2mg）を使用して20秒ごとに記録された水溶液中の4-NPの還元。 (d) ln (At/A0) 対 4-NP の還元の反応時間。

この研究では、効果的な担体としてベントナイト粘土をベースとした新しいナノ触媒が合成され、4-NP およびスズキ クロスカップリングの還元に使用されました。 提示された方法は、グリーンケミストリーの原理によるものであり、成功し、効率が高い。 ナノ触媒基板上に架橋された PVP の存在は、Pd ナノ粒子の安定化と活性において重要かつ効果的な役割を果たしていると考えられます。 調製されたPd磁性ナノ複合体は高温での安定性が高く、ほとんどの有機溶媒への溶解度が非常に低いため、反応終了後は外部磁石によって反応媒体から容易に分離でき、5時間後にはわずかに失活するだけで再利用可能です。反応のサイクル。 この触媒系のその他の利点としては、穏やかな反応条件、簡単な調製方法、カップリング反応における塩化アリールに対する顕著な応答が挙げられ、最終的には環境に有害な廃棄物が生成されません。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開記事に含まれています。

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この研究は、ケルマーンのシャヒード・バホナー大学とビールジャンド大学の研究評議会によって支援されました。

この研究は、公共、商業、非営利部門の資金提供機関から特別な助成金を受けていません。

ケルマーンのシャヒード・バホナー大学化学科、ケルマーン、76169、イラン

ハニーエ・ダーネシャフルズ、ポーリヤ・モハマディ、ハッサン・シェイバニ

ビールジャンド大学カーペット学科、17 Shahrivar Street、ビールジャンド、イラン

ホセイン・バラニ

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HD 原稿の本文の作成、図の準備、調査、データのキュレーション。 PM 記事のアイデア、結果の分析、監修、レビューと編集、プロジェクト管理。 HB 校閲・編集・監修。 H.Sh. 審査・編集、監修、プロジェクト管理。 すべての著者が最終版を読んで承認しました。

Pourya Mohammadi または Hassan Sheibani との通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Daneshafruz, H.、Mohammadi, P.、Barani, H. 他 Pd ナノ粒子と架橋ポリビニル ピリジンで修飾された磁性ベントナイトは、スズキ カップリングおよび 4-ニトロフェノール還元反応の効率的なナノ触媒として機能します。 Sci Rep 13、2001 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-27800-3

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受信日: 2022 年 10 月 12 日

受理日: 2023 年 1 月 9 日

公開日: 2023 年 2 月 3 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-27800-3

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