원자 수준의 정밀한 금속 나노클러스터는 균일 및 불균일 촉매 작용의 가교 역할을 하지만, C–C 불포화 결합의 프로토붕소화 적용에는 어려움이 있었습니다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 하였습니다.
본 연구팀은 노출된 활성 부위를 가진 안정적인 구리 나노클러스터(Cu6-1)를 개발하여 알카인의 효율적인 프로토붕소화를 성공적으로 구현했습니다. 이 촉매는 그램 단위로 쉽게 합성 가능하며, 상온 및 대기 조건에서 최대 32,000의 전환율(TON)을 달성하는 초고효율을 보였습니다.
반응은 뛰어난 위치 및 입체 선택성을 나타냈으며, 기질 범위는 알켄과 엔아인으로 성공적으로 확장되었습니다. 더욱이 Cu6-1은 기존 촉매의 재활용성 문제를 해결하여 8회 연속 재사용에도 유의미한 활성 손실 없이 안정성을 유지했습니다.
이러한 결과는 유기붕소 화합물 합성을 위한 고효율의 견고한 플랫폼을 제공하며, 촉매 화학 분야에 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.
균일하게 분산된 초미세 금속 나노클러스터 촉매 개발은 큰 관심을 받고 있으나, 특정 전자 환경과 명확한 기공을 가진 지지체를 합성하여 응집을 막는 것은 여전히 어렵습니다. 본 연구에서는 팔라듐/구리 공촉매를 이용한 중합을 통해 탄소 풍부 아세틸렌 나노구조인 폴리(1,3,5-트라이에티닐벤젠)(PTEB)을 합성하고, 이를 활용하여 약 0.4 nm 크기의 초미세 팔라듐 나노클러스터를 제자리에서 킬레이트화했습니다.
PTEB의 광범위한 π-공액 구조는 전하 이동을 통해 팔라듐 배위를 강화하는 전자 풍부 환경을 제공하며, 고유한 기공 구조는 팔라듐의 뛰어난 분산성과 효과적인 공간적 가둠을 보장합니다. 이러한 시너지 효과를 내는 전자적 및 공간적 설계는 Pd/PTEB 촉매에서 인상적인 액상 반응 촉매 활성을 나타냈습니다.
구체적으로, 1-옥틴의 반수소화 반응에서 15,039 molC=C molPd–1 h–1의 탁월한 회전율(TOF)을 달성했으며, 4-나이트로페놀 환원에서는 2.26 × 107 min–1 gPd–1의 반응 속도 상수를 보였습니다. 이러한 성능은 상업용 및 기존 팔라듐 촉매보다 훨씬 향상된 것으로, 안정적이고 활성적인 불균일 촉매 개발에 유망한 진전을 보여줍니다.
