Tokijas Tehnoloģiju institūta zinātnieki ir parādījuši, ka vara oksīda daļiņas sub-nano mērogā ir jaudīgāki katalizatori nekā nanomērogā.Šīs subnanodaļiņas var arī daudz efektīvāk katalizēt aromātisko ogļūdeņražu oksidācijas reakcijas nekā pašlaik rūpniecībā izmantotie katalizatori.Šis pētījums paver ceļu labākai un efektīvākai aromātisko ogļūdeņražu izmantošanai, kas ir svarīgi materiāli gan pētniecībai, gan rūpniecībai.

Ogļūdeņražu selektīvā oksidēšana ir svarīga daudzās ķīmiskās reakcijās un rūpnieciskos procesos, un tādēļ zinātnieki ir meklējuši efektīvākus veidus, kā veikt šo oksidēšanu.Vara oksīda (CunOx) nanodaļiņas ir atzītas par noderīgām kā aromātisko ogļūdeņražu apstrādes katalizators, taču vēl efektīvāku savienojumu meklēšana ir turpinājusies.

Nesenā pagātnē zinātnieki izmantoja cēlmetālu bāzes katalizatorus, kas satur daļiņas sub-nano līmenī.Šajā līmenī daļiņu izmērs ir mazāks par nanometru, un, novietojot uz atbilstošiem substrātiem, tās var piedāvāt vēl lielāku virsmas laukumu nekā nanodaļiņu katalizatori, lai veicinātu reaktivitāti.

Šajā tendencē zinātnieku komanda, tostarp prof. Kimihisa Yamamoto un Dr. Makoto Tanabe no Tokijas Tehnoloģiju institūta (Tokyo Tech), pētīja ķīmiskās reakcijas, ko katalizē CunOx subnanodaļiņas (SNP), lai novērtētu to veiktspēju aromātisko ogļūdeņražu oksidēšanā.Trīs specifisku izmēru CunOx SNP (ar 12, 28 un 60 vara atomiem) tika ražoti kokiem līdzīgos rāmjos, ko sauc par dendrimeriem.Pamatoti uz cirkonija oksīda substrāta, tie tika piemēroti organiska savienojuma ar aromātisku benzola gredzenu aerobai oksidēšanai.

Lai analizētu sintezēto SNP struktūras, tika izmantota rentgena fotoelektronu spektroskopija (XPS) un infrasarkanā spektroskopija (IR), un rezultātus apstiprināja blīvuma funkcionalitātes teorijas (DFT) aprēķini.

XPS analīze un DFT aprēķini atklāja vara un skābekļa (Cu-O) saišu joniskuma palielināšanos, samazinoties SNP izmēram.Šī saites polarizācija bija lielāka nekā tā, kas novērota lielapjoma Cu-O saitēs, un lielāka polarizācija bija CunOx SNP pastiprinātās katalītiskās aktivitātes cēlonis.

Tanabe un komandas locekļi novēroja, ka CunOx SNP paātrināja aromātiskajam gredzenam pievienoto CH3 grupu oksidēšanos, tādējādi izraisot produktu veidošanos.Kad CunOx SNP katalizators netika izmantots, produkti neveidojās.Katalizatoram ar mazākajiem CunOx SNP Cu12Ox bija vislabākā katalītiskā veiktspēja, un tas izrādījās visilgāk kalpojošs.

Kā skaidro Tanabe, "Cu-O saišu joniskuma palielināšana, samazinot CunOx SNP izmēru, nodrošina to labāku katalītisko aktivitāti aromātisko ogļūdeņražu oksidācijām."

Viņu pētījumi apstiprina apgalvojumu, ka ir liels potenciāls izmantot vara oksīda SNP kā katalizatorus rūpnieciskos lietojumos."Šo izmēru kontrolēto sintezēto CunOx SNP katalītiskā veiktspēja un mehānisms būtu labāki nekā cēlmetālu katalizatori, kurus pašlaik visbiežāk izmanto rūpniecībā," saka Jamamoto, norādot uz to, ko CunOx SNP var sasniegt nākotnē.

Tokijas Tehnoloģiju institūta nodrošinātie materiāli.Piezīme. Saturu var rediģēt pēc stila un garuma.

Saņemiet jaunākās zinātnes ziņas, izmantojot ScienceDaily bezmaksas e-pasta biļetenus, kas tiek atjaunināti katru dienu un katru nedēļu.Vai skatiet katru stundu atjauninātās ziņu plūsmas savā RSS lasītājā:

Pastāstiet mums, ko domājat par ScienceDaily — mēs atzinīgi vērtējam gan pozitīvus, gan negatīvus komentārus.Vai ir problēmas ar vietnes lietošanu?Jautājumi?