Naukowcy z Tokijskiego Instytutu Technologii wykazali, że cząstki tlenku miedzi w skali poniżej nano są katalizatorami o większej mocy niż cząstki w skali nano.Te subnanocząstki mogą również katalizować reakcje utleniania węglowodorów aromatycznych znacznie skuteczniej niż katalizatory obecnie stosowane w przemyśle.Badanie to toruje drogę do lepszego i bardziej wydajnego wykorzystania węglowodorów aromatycznych, które są ważnymi materiałami zarówno dla badań, jak i przemysłu.

Selektywne utlenianie węglowodorów jest ważne w wielu reakcjach chemicznych i procesach przemysłowych, dlatego naukowcy poszukują skuteczniejszych sposobów przeprowadzania tego utleniania.Stwierdzono, że nanocząstki tlenku miedzi (CunOx) są przydatne jako katalizator do przetwarzania węglowodorów aromatycznych, ale trwają poszukiwania jeszcze skuteczniejszych związków.

W niedawnej przeszłości naukowcy stosowali katalizatory na bazie metali szlachetnych składające się z cząstek na poziomie poniżej nano.Na tym poziomie cząstki mierzą mniej niż nanometr, a po umieszczeniu na odpowiednich podłożach mogą zapewnić jeszcze większą powierzchnię niż katalizatory nanocząstkowe, co sprzyja reaktywności.

Wpisując się w ten trend, zespół naukowców, w skład którego wchodzili prof. Kimihisa Yamamoto i dr Makoto Tanabe z Tokijskiego Instytutu Technologii (Tokyo Tech), badał reakcje chemiczne katalizowane przez subnanocząstki CunOx (SNP), aby ocenić ich skuteczność w utlenianiu węglowodorów aromatycznych.Wytworzono cząsteczki SNP CunOx o trzech określonych rozmiarach (z 12, 28 i 60 atomami miedzi) w przypominających drzewa strukturach zwanych dendrymerami.Osadzone na podłożu z tlenku cyrkonu, zastosowano je do tlenowego utleniania związku organicznego z aromatycznym pierścieniem benzenowym.

Do analizy struktur zsyntetyzowanych SNP wykorzystano rentgenowską spektroskopię fotoelektronów (XPS) i spektroskopię w podczerwieni (IR), a wyniki poparto obliczeniami teorii funkcjonalności gęstości (DFT).

Analiza XPS i obliczenia DFT wykazały rosnącą jonowość wiązań miedź-tlen (Cu-O) w miarę zmniejszania się wielkości SNP.Ta polaryzacja wiązania była większa niż obserwowana w masowych wiązaniach Cu-O, a większa polaryzacja była przyczyną zwiększonej aktywności katalitycznej SNP CunOx.

Tanabe i członkowie zespołu zaobserwowali, że SNP CunOx przyspieszają utlenianie grup CH3 przyłączonych do pierścienia aromatycznego, prowadząc w ten sposób do tworzenia produktów.Gdy nie zastosowano katalizatora CunOx SNP, nie utworzyły się żadne produkty.Katalizator z najmniejszymi SNP CunOx, Cu12Ox, miał najlepszą wydajność katalityczną i okazał się najtrwalszy.

Jak wyjaśnia Tanabe, „wzmocnienie jonowości wiązań Cu-O wraz ze zmniejszeniem rozmiaru SNP CunOx umożliwia ich lepszą aktywność katalityczną w przypadku utleniania węglowodorów aromatycznych”.

Ich badania potwierdzają tezę, że istnieje ogromny potencjał wykorzystania SNP tlenku miedzi jako katalizatorów w zastosowaniach przemysłowych.„Wydajność katalityczna i mechanizm tych syntetyzowanych SNP CunOx o kontrolowanej wielkości byłyby lepsze niż katalizatory z metali szlachetnych, które są obecnie najczęściej stosowane w przemyśle” – mówi Yamamoto, sugerując, co CunOx SNP mogą osiągnąć w przyszłości.

Materiały udostępnione przez Tokijski Instytut Technologii.Uwaga: treść może być edytowana pod względem stylu i długości.

Otrzymuj najnowsze wiadomości naukowe dzięki bezpłatnym biuletynom e-mailowym ScienceDaily, aktualizowanym codziennie i co tydzień.Lub przeglądaj co godzinę aktualizowane kanały informacyjne w swoim czytniku RSS:

Podziel się z nami swoją opinią o ScienceDaily — jesteśmy otwarci zarówno na pozytywne, jak i negatywne komentarze.Masz problemy z korzystaniem z serwisu?Pytania?