Forskere ved Tokyo Institute of Technology har vist, at kobberoxidpartikler på sub-nanoskala er kraftigere katalysatorer end dem på nanoskala.Disse subnanopartikler kan også katalysere aromatiske kulbrinters oxidationsreaktioner langt mere effektivt end katalysatorer, der i øjeblikket anvendes i industrien.Denne undersøgelse baner vejen for en bedre og mere effektiv udnyttelse af aromatiske kulbrinter, som er vigtige materialer for både forskning og industri.

Den selektive oxidation af kulbrinter er vigtig i mange kemiske reaktioner og industrielle processer, og som sådan har videnskabsmænd været på udkig efter mere effektive måder at udføre denne oxidation på.Kobberoxid (CunOx) nanopartikler er blevet fundet nyttige som en katalysator til behandling af aromatiske kulbrinter, men jagten på endnu mere effektive forbindelser er fortsat.

I den seneste tid anvendte forskere ædelmetalbaserede katalysatorer bestående af partikler på sub-nano-niveau.På dette niveau måler partikler mindre end en nanometer, og når de placeres på passende substrater, kan de tilbyde endnu højere overfladearealer end nanopartikelkatalysatorer for at fremme reaktivitet.

I denne tendens undersøgte et team af forskere, herunder prof. Kimihisa Yamamoto og Dr. Makoto Tanabe fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), kemiske reaktioner katalyseret af CunOx subnanopartikler (SNP'er) for at evaluere deres ydeevne i oxidationen af ​​aromatiske kulbrinter.CunOx SNP'er af tre specifikke størrelser (med 12, 28 og 60 kobberatomer) blev produceret inden for trælignende rammer kaldet dendrimerer.Understøttet på et zirconiumoxidsubstrat blev de påført den aerobe oxidation af en organisk forbindelse med en aromatisk benzenring.

Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) og infrarød spektroskopi (IR) blev brugt til at analysere de syntetiserede SNP'ers strukturer, og resultaterne blev understøttet af densitetsfunktionalitetsteori (DFT) beregninger.

XPS-analysen og DFT-beregningerne afslørede stigende ionicitet af kobber-oxygen (Cu-O)-bindingerne, da SNP-størrelsen faldt.Denne bindingspolarisering var større end den, der ses i bulk Cu-O-bindinger, og den større polarisering var årsagen til den øgede katalytiske aktivitet af CunOx SNP'erne.

Tanabe og teammedlemmerne observerede, at CunOx SNP'erne fremskyndede oxidationen af ​​CH3-grupperne knyttet til den aromatiske ring, hvilket førte til dannelsen af ​​produkter.Når CunOx SNP-katalysatoren ikke blev brugt, blev der ikke dannet nogen produkter.Katalysatoren med de mindste CunOx SNP'er, Cu12Ox, havde den bedste katalytiske ydeevne og viste sig at være den længst holdbare.

Som Tanabe forklarer, "forøgelsen af ​​ioniciteten af ​​Cu-O-bindingerne med et fald i størrelsen af ​​CunOx SNP'erne muliggør deres bedre katalytiske aktivitet for aromatiske carbonhydridoxidationer."

Deres forskning understøtter påstanden om, at der er et stort potentiale for at bruge kobberoxid-SNP'er som katalysatorer i industrielle applikationer."Den katalytiske ydeevne og mekanisme for disse størrelseskontrollerede syntetiserede CunOx SNP'er ville være bedre end ædelmetalkatalysatorer, som er mest almindeligt brugt i industrien i øjeblikket," siger Yamamoto og antyder, hvad CunOx SNP'er kan opnå i fremtiden.

Materialer leveret af Tokyo Institute of Technology.Bemærk: Indholdet kan redigeres for stil og længde.

Få de seneste videnskabsnyheder med ScienceDailys gratis e-mail-nyhedsbreve, der opdateres dagligt og ugentligt.Eller se opdaterede nyhedsfeeds hver time i din RSS-læser:

Fortæl os, hvad du synes om ScienceDaily - vi glæder os over både positive og negative kommentarer.Har du problemer med at bruge siden?Spørgsmål?