Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio demonstraram que as partículas de óxido de cobre em subnanoescala são catalisadores mais poderosos do que aquelas em nanoescala.Estas subnanopartículas também podem catalisar as reações de oxidação de hidrocarbonetos aromáticos de forma muito mais eficaz do que os catalisadores atualmente utilizados na indústria.Este estudo abre caminho para uma utilização melhor e mais eficiente dos hidrocarbonetos aromáticos, que são materiais importantes tanto para a pesquisa quanto para a indústria.

A oxidação seletiva de hidrocarbonetos é importante em muitas reações químicas e processos industriais e, como tal, os cientistas têm procurado formas mais eficientes de realizar esta oxidação.Nanopartículas de óxido de cobre (CunOx) foram consideradas úteis como catalisadores para o processamento de hidrocarbonetos aromáticos, mas a busca por compostos ainda mais eficazes continuou.

No passado recente, os cientistas aplicaram catalisadores à base de metais nobres compostos por partículas em nível subnano.Neste nível, as partículas medem menos de um nanômetro e, quando colocadas em substratos apropriados, podem oferecer áreas superficiais ainda maiores do que os catalisadores de nanopartículas para promover a reatividade.

Nesta tendência, uma equipe de cientistas incluindo o Prof. Makoto Tanabe do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) investigou reações químicas catalisadas por subnanopartículas CunOx (SNPs) para avaliar seu desempenho na oxidação de hidrocarbonetos aromáticos.SNPs CunOx de três tamanhos específicos (com 12, 28 e 60 átomos de cobre) foram produzidos dentro de estruturas semelhantes a árvores chamadas dendrímeros.Apoiados em substrato de zircônia, foram aplicados na oxidação aeróbica de um composto orgânico com anel benzênico aromático.

Espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) e espectroscopia de infravermelho (IR) foram utilizadas para analisar as estruturas dos SNPs sintetizados, e os resultados foram apoiados por cálculos da teoria da funcionalidade da densidade (DFT).

A análise XPS e os cálculos DFT revelaram aumento da ionicidade das ligações cobre-oxigênio (Cu-O) à medida que o tamanho do SNP diminuía.Esta polarização da ligação foi maior do que a observada nas ligações Cu-O em massa, e a maior polarização foi a causa do aumento da atividade catalítica dos SNPs CunOx.

Tanabe e os membros da equipe observaram que os SNPs CunOx aceleraram a oxidação dos grupos CH3 ligados ao anel aromático, levando assim à formação de produtos.Quando o catalisador CunOx SNP não foi utilizado, nenhum produto foi formado.O catalisador com os menores SNPs CunOx, Cu12Ox, teve o melhor desempenho catalítico e provou ser o mais duradouro.

Como explica Tanabe, “o aumento da ionicidade das ligações Cu-O com a diminuição do tamanho dos SNPs CunOx permite a sua melhor atividade catalítica para oxidações de hidrocarbonetos aromáticos”.

Sua pesquisa apoia a afirmação de que existe um grande potencial para o uso de SNPs de óxido de cobre como catalisadores em aplicações industriais.“O desempenho catalítico e o mecanismo desses SNPs CunOx sintetizados com tamanho controlado seriam melhores do que os dos catalisadores de metais nobres, que são mais comumente usados ​​​​na indústria atualmente”, disse Yamamoto, sugerindo o que os SNPs CunOx podem alcançar no futuro.

Materiais fornecidos pelo Instituto de Tecnologia de Tóquio.Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.

Receba as últimas notícias científicas com os boletins informativos gratuitos por e-mail da ScienceDaily, atualizados diariamente e semanalmente.Ou veja feeds de notícias atualizados de hora em hora em seu leitor RSS:

Diga-nos o que você acha do ScienceDaily - aceitamos comentários positivos e negativos.Tem algum problema ao usar o site?Questões?