Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo ont montré que les particules d'oxyde de cuivre à l'échelle subnano sont des catalyseurs plus puissants que celles à l'échelle nanométrique.Ces sous-nanoparticules peuvent également catalyser les réactions d’oxydation des hydrocarbures aromatiques bien plus efficacement que les catalyseurs actuellement utilisés dans l’industrie.Cette étude ouvre la voie à une utilisation meilleure et plus efficace des hydrocarbures aromatiques, qui sont des matériaux importants tant pour la recherche que pour l’industrie.

L'oxydation sélective des hydrocarbures est importante dans de nombreuses réactions chimiques et processus industriels et, à ce titre, les scientifiques sont à la recherche de moyens plus efficaces pour réaliser cette oxydation.Les nanoparticules d'oxyde de cuivre (CunOx) se sont révélées utiles comme catalyseur pour le traitement des hydrocarbures aromatiques, mais la recherche de composés encore plus efficaces s'est poursuivie.

Dans un passé récent, les scientifiques ont appliqué des catalyseurs à base de métaux nobles comprenant des particules au niveau subnano.À ce niveau, les particules mesurent moins d’un nanomètre et lorsqu’elles sont placées sur des substrats appropriés, elles peuvent offrir des surfaces encore plus élevées que les catalyseurs nanoparticulaires pour favoriser la réactivité.

Dans cette tendance, une équipe de scientifiques comprenant le professeur Kimihisa Yamamoto et le Dr Makoto Tanabe de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) a étudié les réactions chimiques catalysées par les sous-nanoparticules de CunOx (SNP) pour évaluer leurs performances dans l'oxydation des hydrocarbures aromatiques.Des SNP CunOx de trois tailles spécifiques (avec 12, 28 et 60 atomes de cuivre) ont été produits dans des structures arborescentes appelées dendrimères.Supportés sur un substrat de zircone, ils ont été appliqués à l'oxydation aérobie d'un composé organique à cycle benzénique aromatique.

La spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) et la spectroscopie infrarouge (IR) ont été utilisées pour analyser les structures des SNP synthétisés, et les résultats ont été étayés par des calculs de la théorie de la fonctionnalité de densité (DFT).

L'analyse XPS et les calculs DFT ont révélé une ionicité croissante des liaisons cuivre-oxygène (Cu-O) à mesure que la taille du SNP diminuait.Cette polarisation des liaisons était supérieure à celle observée dans les liaisons Cu-O en masse, et cette plus grande polarisation était à l'origine de l'activité catalytique accrue des SNP CunOx.

Tanabe et les membres de l'équipe ont observé que les SNP CunOx accéléraient l'oxydation des groupes CH3 attachés au cycle aromatique, conduisant ainsi à la formation de produits.Lorsque le catalyseur CunOx SNP n'a pas été utilisé, aucun produit n'a été formé.Le catalyseur contenant les plus petits SNP CunOx, Cu12Ox, présentait les meilleures performances catalytiques et s'est avéré être celui qui durait le plus longtemps.

Comme l'explique Tanabe, "l'amélioration de l'ionicité des liaisons Cu-O avec la diminution de la taille des SNP CunOx permet leur meilleure activité catalytique pour les oxydations d'hydrocarbures aromatiques".

Leurs recherches soutiennent l’affirmation selon laquelle il existe un grand potentiel d’utilisation des SNP d’oxyde de cuivre comme catalyseurs dans des applications industrielles."Les performances catalytiques et le mécanisme de ces SNP CunOx synthétisés à taille contrôlée seraient meilleurs que ceux des catalyseurs à métaux nobles, qui sont actuellement les plus couramment utilisés dans l'industrie", a déclaré Yamamoto, faisant allusion à ce que les SNP CunOx peuvent réaliser à l'avenir.

Matériel fourni par l'Institut de technologie de Tokyo.Remarque : Le contenu peut être modifié en termes de style et de longueur.

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