لقد أظهر العلماء في معهد طوكيو للتكنولوجيا أن جزيئات أكسيد النحاس الموجودة على المقياس دون النانوي هي محفزات أقوى من تلك الموجودة على المقياس النانوي.يمكن لهذه الجسيمات دون النانوية أيضًا تحفيز تفاعلات الأكسدة للهيدروكربونات العطرية بشكل أكثر فعالية بكثير من المحفزات المستخدمة حاليًا في الصناعة.تمهد هذه الدراسة الطريق لاستخدام أفضل وأكثر كفاءة للهيدروكربونات العطرية، والتي تعتبر مواد مهمة لكل من البحث والصناعة.

تعتبر الأكسدة الانتقائية للهيدروكربونات مهمة في العديد من التفاعلات الكيميائية والعمليات الصناعية، وعلى هذا النحو، كان العلماء يبحثون عن طرق أكثر كفاءة لتنفيذ هذه الأكسدة.تم العثور على جسيمات أكسيد النحاس النانوية (CunOx) مفيدة كعامل محفز لمعالجة الهيدروكربونات العطرية، ولكن استمر البحث عن مركبات أكثر فعالية.

في الماضي القريب، استخدم العلماء محفزات قائمة على معادن نبيلة تتكون من جزيئات على مستوى دون النانو.عند هذا المستوى، يبلغ قياس الجسيمات أقل من نانومتر، وعند وضعها على ركائز مناسبة، يمكنها توفير مساحات سطحية أعلى من محفزات الجسيمات النانوية لتعزيز التفاعل.

في هذا الاتجاه، قام فريق من العلماء يضم البروفيسور كيميهيسا ياماموتو والدكتور ماكوتو تانابي من معهد طوكيو للتكنولوجيا (Tokyo Tech) بدراسة التفاعلات الكيميائية المحفزة بواسطة جسيمات CunOx الفرعية (SNPs) لتقييم أدائها في أكسدة الهيدروكربونات العطرية.تم إنتاج CunOx SNPs بثلاثة أحجام محددة (مع 12 و 28 و 60 ذرة نحاس) ضمن أطر تشبه الأشجار تسمى Dendrimers.تم دعمها على ركيزة زركونيا، وتم تطبيقها على الأكسدة الهوائية لمركب عضوي مع حلقة بنزين عطرية.

تم استخدام التحليل الطيفي للأشعة السينية الضوئية (XPS) والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء (IR) لتحليل هياكل SNPs المركبة، وتم دعم النتائج من خلال حسابات نظرية وظائف الكثافة (DFT).

كشف تحليل XPS وحسابات DFT عن زيادة أيونية روابط النحاس والأكسجين (Cu-O) مع انخفاض حجم SNP.كان استقطاب الرابطة هذا أكبر من ذلك الذي شوهد في روابط Cu-O السائبة، وكان الاستقطاب الأكبر هو سبب النشاط التحفيزي المعزز لـ CunOx SNPs.

لاحظ تانابي وأعضاء الفريق أن جزيئات CunOx SNPs تعمل على تسريع أكسدة مجموعات CH3 المرتبطة بالحلقة العطرية، مما يؤدي إلى تكوين المنتجات.عندما لم يتم استخدام محفز CunOx SNP، لم يتم تشكيل أي منتجات.كان المحفز الذي يحتوي على أصغر CunOx SNPs، Cu12Ox، يتمتع بأفضل أداء حفاز وأثبت أنه الأطول عمرًا.

كما يوضح تانابي، "إن تعزيز أيونية روابط Cu-O مع انخفاض حجم CunOx SNPs يمكّن من تحسين نشاطها التحفيزي لأكسدة الهيدروكربونات العطرية."

يدعم بحثهم الزعم القائل بأن هناك إمكانات كبيرة لاستخدام تعدد الأشكال (SNPs) لأكسيد النحاس كمحفزات في التطبيقات الصناعية.يقول ياماموتو: "إن الأداء التحفيزي والآلية لمركبات CunOx SNPs المُركبة والتي يتم التحكم في حجمها سيكون أفضل من تلك الخاصة بمحفزات المعادن النبيلة، والتي تستخدم بشكل شائع في الصناعة في الوقت الحاضر"، ملمحًا إلى ما يمكن أن تحققه CunOx SNPs في المستقبل.

المواد المقدمة من معهد طوكيو للتكنولوجيا.ملحوظة: يمكن تحرير المحتوى حسب الأسلوب والطول.

احصل على آخر أخبار العلوم من خلال النشرات الإخبارية المجانية عبر البريد الإلكتروني لـ ScienceDaily، والتي يتم تحديثها يوميًا وأسبوعيًا.أو قم بعرض ملفات الأخبار المحدثة كل ساعة في قارئ RSS الخاص بك:

أخبرنا برأيك في ScienceDaily - فنحن نرحب بالتعليقات الإيجابية والسلبية.لديك أي مشاكل في استخدام هذا الموقع؟أسئلة؟