Ученые из Токийского технологического института показали, что частицы оксида меди субнаномасштаба являются более мощными катализаторами, чем частицы наномасштаба.Эти субнаночастицы также могут катализировать реакции окисления ароматических углеводородов гораздо эффективнее, чем катализаторы, используемые в настоящее время в промышленности.Это исследование открывает путь к лучшему и более эффективному использованию ароматических углеводородов, которые являются важными материалами как для исследований, так и для промышленности.

Селективное окисление углеводородов важно во многих химических реакциях и промышленных процессах, поэтому ученые ищут более эффективные способы проведения этого окисления.Наночастицы оксида меди (CunOx) оказались полезными в качестве катализатора переработки ароматических углеводородов, но поиск еще более эффективных соединений продолжается.

В недавнем прошлом ученые применили катализаторы на основе благородных металлов, состоящие из частиц на субнаноуровне.На этом уровне размеры частиц составляют менее нанометра, и при размещении на соответствующих подложках они могут иметь даже большую площадь поверхности, чем катализаторы наночастиц, что способствует повышению реакционной способности.

В этом направлении группа ученых, в том числе профессор Кимихиса Ямамото и доктор Макото Танабэ из Токийского технологического института (Tokyo Tech), исследовала химические реакции, катализируемые субнаночастицами CunOx (SNP), чтобы оценить их эффективность при окислении ароматических углеводородов.ОНП CunOx трех конкретных размеров (с 12, 28 и 60 атомами меди) были получены в древовидных каркасах, называемых дендримерами.Нанесенные на подложку из диоксида циркония они были применены для аэробного окисления органического соединения с ароматическим бензольным кольцом.

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) и инфракрасная спектроскопия (ИК) были использованы для анализа структур синтезированных SNP, а результаты были подтверждены расчетами теории функциональности плотности (DFT).

РФЭС-анализ и расчеты методом DFT показали увеличение ионности связей медь-кислород (Cu-O) по мере уменьшения размера SNP.Поляризация этой связи была больше, чем наблюдаемая в объемных связях Cu-O, и большая поляризация была причиной повышенной каталитической активности SNP CunOx.

Танабе и члены команды заметили, что SNP CunOx ускоряют окисление групп CH3, прикрепленных к ароматическому кольцу, тем самым приводя к образованию продуктов.Без использования катализатора CunOx SNP продукты не образовывались.Катализатор с наименьшими SNP CunOx, Cu12Ox, имел наилучшие каталитические характеристики и оказался самым долговечным.

Как объясняет Танабе, «увеличение ионности связей Cu-O с уменьшением размера SNP CunOx обеспечивает их лучшую каталитическую активность в окислении ароматических углеводородов».

Их исследования подтверждают утверждение о том, что существует большой потенциал для использования SNP оксида меди в качестве катализаторов в промышленных целях.«Каталитические характеристики и механизм этих синтезированных SNP CunOx с контролируемым размером будут лучше, чем у катализаторов из благородных металлов, которые в настоящее время наиболее часто используются в промышленности», — говорит Ямамото, намекая на то, чего могут достичь SNP CunOx в будущем.

Материалы предоставлены Токийским технологическим институтом.Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Получайте последние новости науки с помощью бесплатных информационных бюллетеней ScienceDaily, обновляемых ежедневно и еженедельно.Или просматривайте ежечасно обновляемые ленты новостей в вашей программе чтения RSS:

Расскажите нам, что вы думаете о ScienceDaily — мы приветствуем как положительные, так и отрицательные комментарии.Есть проблемы с использованием сайта?Вопросы?