Tokyo Institute of Technology의 과학자들은 나노크기 이하의 산화구리 입자가 나노크기의 산화구리 입자보다 더 강력한 촉매임을 보여주었습니다.이러한 준나노입자는 현재 산업계에서 사용되는 촉매보다 훨씬 효과적으로 방향족 탄화수소의 산화 반응을 촉매할 수 있습니다.이 연구는 연구와 산업 모두에 중요한 재료인 방향족 탄화수소를 보다 효율적으로 활용할 수 있는 길을 열었습니다.

탄화수소의 선택적 산화는 많은 화학 반응과 산업 공정에서 중요하므로 과학자들은 이러한 산화를 수행하는 보다 효율적인 방법을 모색해 왔습니다.구리 산화물(CunOx) 나노입자는 방향족 탄화수소 처리용 촉매로 유용한 것으로 밝혀졌지만 훨씬 더 효과적인 화합물에 대한 탐구는 계속되었습니다.

최근 과학자들은 나노 이하 수준의 입자로 구성된 귀금속 기반 촉매를 적용했습니다.이 수준에서 입자의 크기는 나노미터 미만이며 적절한 기판에 배치하면 나노입자 촉매보다 더 높은 표면적을 제공하여 반응성을 촉진할 수 있습니다.

이러한 추세에 맞춰 도쿄공과대학(도쿄공과대학)의 야마모토 키미히사 교수와 타나베 마코토 박사 등 과학자팀은 방향족 탄화수소의 산화 성능을 평가하기 위해 CunOx 서브나노입자(SNP)가 촉매하는 화학반응을 조사했습니다.세 가지 특정 크기(12, 28 및 60개의 구리 원자 포함)의 CunOx SNP는 덴드리머라고 불리는 나무 모양의 프레임워크 내에서 생성되었습니다.지르코니아 기판 위에 지지되어 방향족 벤젠 고리가 있는 유기 화합물의 호기성 산화에 적용되었습니다.

X선 광전자 분광법(XPS)과 적외선 분광법(IR)을 사용하여 합성된 SNP의 구조를 분석했으며 그 결과는 밀도 기능성 이론(DFT) 계산에 의해 뒷받침되었습니다.

XPS 분석 및 DFT 계산에서는 SNP 크기가 감소함에 따라 구리-산소(Cu-O) 결합의 이온성이 증가하는 것으로 나타났습니다.이 결합 분극은 벌크 Cu-O 결합에서 볼 수 있는 것보다 더 컸으며, 더 큰 분극은 CunOx SNP의 향상된 촉매 활성의 원인이었습니다.

Tanabe와 연구팀은 CunOx SNP가 방향족 고리에 부착된 CH3 그룹의 산화를 가속화하여 생성물의 형성을 유도한다는 것을 관찰했습니다.CunOx SNP 촉매를 사용하지 않은 경우에는 생성물이 생성되지 않았다.CunOx SNP가 가장 작은 촉매인 Cu12Ox는 최고의 촉매 성능을 가지며 가장 오래 지속되는 것으로 입증되었습니다.

Tanabe가 설명했듯이, "CunOx SNP의 크기 감소와 함께 Cu-O 결합의 이온성의 향상은 방향족 탄화수소 산화에 대한 더 나은 촉매 활성을 가능하게 합니다."

그들의 연구는 산업 응용 분야에서 산화 구리 SNP를 촉매로 사용할 수 있는 잠재력이 크다는 주장을 뒷받침합니다."이러한 크기 조절 합성 CunOx SNP의 촉매 성능과 메커니즘은 현재 업계에서 가장 일반적으로 사용되는 귀금속 촉매의 촉매 성능과 메커니즘보다 우수할 것"이라고 Yamamoto는 말하며 CunOx SNP가 미래에 무엇을 달성할 수 있는지 암시했습니다.

도쿄공업대학에서 제공한 자료.참고: 콘텐츠의 스타일과 길이는 편집될 수 있습니다.

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