砜类化合物是一类含硫化合物，由硫化物的选择性氧化而得。虽然这类化合物是制药、溶剂和聚合物行业的核心，但它们的化学合成往往受到高反应温度和极端反应条件的阻碍。此外，生产砜类化合物还需要昂贵的添加剂和刺激性溶剂。

在此背景下，日本的一个研究小组提出了一种新的催化剂设计，能够克服传统合成的局限性，为砜提供更高的选择性和更好的产量。

由日本东京科学研究所的Keigo Kamata教授领导的研究小组利用先进的催化剂合成技术，探索元素组成和晶体结构的变化如何影响低温下硫化物 氧化的催化性能。

他们的研究成果发表在《先进功能材料》上。

Kamata 指出：“使用分子氧作为氧化剂的硫化物氧化是有机化学中最具挑战性的反应之一，近年来，开发能够促进此类反应的新型固体催化剂受到了广泛关注。”

为了满足这一需求，研究人员将重点放在钙钛矿氧化物上，这是一种广泛用于催化的材料。为了增强基于锶 (Sr)、锰 (Mn) 和氧 (O) 的六方钙钛矿 (SrMnO₃) 中特定金属-氧物种(共面氧)的反应性，他们引入钌 (Ru) 原子代替部分锰原子。

这种微妙的改变在晶体内部产生了氧空位，从而显著提高了催化剂转移氧原子的能力——这是硫化物氧化中的一个重要步骤。

最终研发出一种名为 SrMn _1-x Ru x O ₃的高效催化剂，能够在低至 30°C 的反应温度下，将硫化物转化为砜，选择性高达前所未有的 99%。这与传统体系相比有着显著的转变，传统体系通常需要 80-150°C 才能完成相同的反应。

传统反应体系依赖大量贵金属来实现选择性。虽然研究人员确实使用了钌，但仅掺杂1%的钌就实现了更高的选择性，显著减少了贵金属的使用量。通过机理研究，研究人员进一步揭示了这种卓越催化性能背后的机制。

“催化作用遵循马尔斯-范·克雷维伦机制，晶体表面的氧原子转移到硫化物上，留下氧空位。这些空位随后被大气中的氧分子填补，如此循环往复，”Kamata解释道。

所开发的催化剂的另一个显著优势是其耐用性。研究团队证实，该催化剂至少可重复使用五次，且性能不会显著下降。此外，该系统适用于多种硫化物基质，包括芳香族和脂肪族硫化物，使其在工业领域具有广泛的应用前景。

虽然本研究仅关注硫化物氧化，但这项工作的意义可以扩展到广泛的氧化反应，从而改变环境清理和能源转换。

该团队希望他们的发现能够启发新的催化剂设计，从而提供更高的可持续性和成本效益。这项研究还强调了多种元素在创造可持续材料方面的协同效应，为更绿色、更智能的工业化学铺平了道路。

更多信息： Keiju Wachi 等人，《六方钙钛矿氧化物的氧缺陷工程提升硫化物有氧氧化为砜的催化性能》，《先进功能材料》(2025 年)。期刊信息： 先进功能材料