A Tokiói Technológiai Intézet tudósai kimutatták, hogy a nanoméretű réz-oxid részecskék erősebb katalizátorok, mint a nanoméretűek.Ezek a szubnanorészecskék az aromás szénhidrogének oxidációs reakcióit is sokkal hatékonyabban képesek katalizálni, mint a jelenleg az iparban használt katalizátorok.Ez a tanulmány megnyitja az utat az aromás szénhidrogének jobb és hatékonyabb hasznosításához, amelyek mind a kutatás, mind az ipar számára fontos anyagok.

A szénhidrogének szelektív oxidációja számos kémiai reakcióban és ipari folyamatban fontos, ezért a tudósok az oxidáció hatékonyabb végrehajtásának módját keresték.A réz-oxid (CunOx) nanorészecskéket hasznosnak találták aromás szénhidrogének feldolgozásának katalizátoraként, de a még hatékonyabb vegyületek keresése folytatódott.

A közelmúltban a tudósok nemesfém alapú katalizátorokat alkalmaztak, amelyek nanoszint alatti részecskéket tartalmaztak.Ezen a szinten a részecskék mérete kisebb, mint egy nanométer, és megfelelő szubsztrátumra helyezve még nagyobb felületet kínálnak, mint a nanorészecskék katalizátorai a reakcióképesség elősegítése érdekében.

Ebben az irányzatban egy tudóscsoport, köztük Prof. Kimihisa Yamamoto és Dr. Makoto Tanabe a Tokiói Technológiai Intézettől (Tokyo Tech) a CunOx szubnanorészecskék (SNP) által katalizált kémiai reakciókat vizsgálta, hogy értékelje az aromás szénhidrogének oxidációjában nyújtott teljesítményüket.Három meghatározott méretű (12, 28 és 60 rézatomos) CunOx SNP-ket faszerű, dendrimereknek nevezett kereteken belül állítottak elő.Cirkónium-oxid szubsztrátra támaszkodva egy aromás benzolgyűrűvel rendelkező szerves vegyület aerob oxidálására alkalmazták.

A szintetizált SNP-k szerkezetének elemzéséhez röntgen fotoelektron spektroszkópiát (XPS) és infravörös spektroszkópiát (IR) használtunk, és az eredményeket sűrűség-funkcionalitáselméleti (DFT) számításokkal támasztották alá.

Az XPS analízis és a DFT számítások a réz-oxigén (Cu-O) kötések növekvő ionosságát mutatták ki az SNP méretének csökkenésével.Ez a kötés polarizációja nagyobb volt, mint az ömlesztett Cu-O kötéseknél, és a nagyobb polarizáció volt az oka a CunOx SNP-k fokozott katalitikus aktivitásának.

Tanabe és a csoport tagjai megfigyelték, hogy a CunOx SNP-k felgyorsították az aromás gyűrűhöz kapcsolódó CH3 csoportok oxidációját, ezáltal termékek képződéséhez vezettek.Amikor a CunOx SNP katalizátort nem használták, nem képződtek termékek.A legkisebb CunOx SNP-kkel rendelkező katalizátor, a Cu12Ox rendelkezett a legjobb katalitikus teljesítménnyel, és a leghosszabb élettartamúnak bizonyult.

Ahogy Tanabe kifejti, „a Cu-O kötések ionosságának fokozása a CunOx SNP-k méretének csökkenésével lehetővé teszi azok jobb katalitikus aktivitását az aromás szénhidrogén-oxidációkhoz”.

Kutatásaik alátámasztják azt az állítást, hogy nagy lehetőség rejlik a réz-oxid SNP-k katalizátorként való ipari alkalmazásokban történő felhasználásában."Ezeknek a méretvezérelt szintetizált CunOx SNP-knek a katalitikus teljesítménye és mechanizmusa jobb lenne, mint a jelenleg az iparban leggyakrabban használt nemesfém-katalizátoroké" - mondja Yamamoto, utalva arra, hogy a CunOx SNP-k mit tudnak elérni a jövőben.

A Tokyo Institute of Technology által biztosított anyagokat.Megjegyzés: A tartalom stílusa és hossza miatt szerkeszthető.

Szerezze meg a legfrissebb tudományos híreket a ScienceDaily ingyenes e-mailes hírleveleivel, amelyeket naponta és hetente frissítenek.Vagy tekintse meg az óránként frissített hírfolyamokat RSS-olvasójában:

Mondja el, mit gondol a ScienceDaily-ről – örömmel fogadjuk a pozitív és negatív megjegyzéseket egyaránt.Problémái vannak az oldal használatával?Kérdések?