Vedci z Tokijského technologického inštitútu ukázali, že častice oxidu medi na sub-nanoúrovni sú silnejšími katalyzátormi ako tie na nanoúrovni.Tieto subnanočastice môžu tiež katalyzovať oxidačné reakcie aromatických uhľovodíkov oveľa efektívnejšie ako katalyzátory v súčasnosti používané v priemysle.Táto štúdia otvára cestu k lepšiemu a efektívnejšiemu využitiu aromatických uhľovodíkov, ktoré sú dôležitými materiálmi pre výskum aj priemysel.

Selektívna oxidácia uhľovodíkov je dôležitá pri mnohých chemických reakciách a priemyselných procesoch, a preto vedci hľadali efektívnejšie spôsoby, ako túto oxidáciu uskutočniť.Nanočastice oxidu medi (CunOx) sa ukázali ako užitočné ako katalyzátor na spracovanie aromatických uhľovodíkov, ale hľadanie ešte účinnejších zlúčenín pokračovalo.

V nedávnej minulosti vedci aplikovali katalyzátory na báze ušľachtilých kovov pozostávajúce z častíc na subnano úrovni.Na tejto úrovni častice merajú menej ako nanometer a keď sú umiestnené na vhodných substrátoch, môžu ponúknuť ešte väčší povrch ako nanočasticové katalyzátory na podporu reaktivity.

V tomto trende tím vedcov vrátane Prof. Kimihisa Yamamoto a Dr. Makoto Tanabe z Tokijského technologického inštitútu (Tokyo Tech) skúmal chemické reakcie katalyzované subnanočasticami CunOx (SNP), aby vyhodnotil ich výkon pri oxidácii aromatických uhľovodíkov.CunOx SNP troch špecifických veľkostí (s 12, 28 a 60 atómami medi) boli vyrobené v stromových štruktúrach nazývaných dendriméry.Nanesené na substráte z oxidu zirkoničitého boli aplikované na aeróbnu oxidáciu organickej zlúčeniny s aromatickým benzénovým kruhom.

Rôntgenová fotoelektrónová spektroskopia (XPS) a infračervená spektroskopia (IR) sa použili na analýzu štruktúr syntetizovaných SNP a výsledky boli podporené výpočtami teórie funkčnosti hustoty (DFT).

Analýza XPS a výpočty DFT odhalili zvyšujúcu sa iónovosť väzieb meď-kyslík (Cu-O) so znížením veľkosti SNP.Táto polarizácia väzby bola väčšia ako tá, ktorá bola pozorovaná v objemových väzbách Cu-O, a väčšia polarizácia bola príčinou zvýšenej katalytickej aktivity CunOx SNP.

Tanabe a členovia tímu pozorovali, že CunOx SNP urýchlili oxidáciu skupín CH3 pripojených k aromatickému kruhu, čo viedlo k tvorbe produktov.Keď sa katalyzátor CunOx SNP nepoužil, nevytvorili sa žiadne produkty.Katalyzátor s najmenšími CunOx SNP, Cu12Ox, mal najlepší katalytický výkon a dokázal, že má najdlhšiu životnosť.

Ako vysvetľuje Tanabe, "zvýšenie ionicity Cu-O väzieb so znížením veľkosti CunOx SNP umožňuje ich lepšiu katalytickú aktivitu pre oxidáciu aromatických uhľovodíkov."

Ich výskum podporuje tvrdenie, že existuje veľký potenciál na použitie SNP oxidu medi ako katalyzátorov v priemyselných aplikáciách."Katalytický výkon a mechanizmus týchto syntetizovaných CunOx SNP s riadenou veľkosťou by boli lepšie ako katalyzátory z ušľachtilých kovov, ktoré sa v súčasnosti najčastejšie používajú v priemysle," hovorí Yamamoto a naznačuje, čo môžu CunOx SNP dosiahnuť v budúcnosti.

Materiály poskytnuté Tokijským technologickým inštitútom.Poznámka: Štýl a dĺžku obsahu možno upraviť.

Získajte najnovšie vedecké správy pomocou bezplatných e-mailových bulletinov ScienceDaily, ktoré sa aktualizujú denne a týždenne.Alebo si prezrite každú hodinu aktualizované informačné kanály vo vašej čítačke RSS:

Povedzte nám, čo si myslíte o ScienceDaily – vítame pozitívne aj negatívne komentáre.Máte nejaké problémy s používaním stránky?Otázky?