Znanstveniki na Tokijskem tehnološkem inštitutu so pokazali, da so delci bakrovega oksida na subnanoskali močnejši katalizatorji kot tisti na nanoskali.Ti subnanodelci lahko tudi veliko bolj učinkovito katalizirajo oksidacijske reakcije aromatskih ogljikovodikov kot katalizatorji, ki se trenutno uporabljajo v industriji.Ta študija utira pot k boljši in učinkovitejši uporabi aromatskih ogljikovodikov, ki so pomembni materiali tako za raziskave kot za industrijo.

Selektivna oksidacija ogljikovodikov je pomembna pri številnih kemičnih reakcijah in industrijskih procesih, zato znanstveniki iščejo učinkovitejše načine za izvedbo te oksidacije.Ugotovljeno je bilo, da so nanodelci bakrovega oksida (CunOx) uporabni kot katalizatorji za predelavo aromatskih ogljikovodikov, vendar se je iskanje še bolj učinkovitih spojin nadaljevalo.

V nedavni preteklosti so znanstveniki uporabili katalizatorje na osnovi plemenitih kovin, ki so sestavljeni iz delcev na subnano ravni.Na tej ravni delci merijo manj kot nanometer in če so postavljeni na ustrezne podlage, lahko nudijo celo večje površine kot katalizatorji nanodelcev za spodbujanje reaktivnosti.

V tem trendu je skupina znanstvenikov, vključno s prof. Kimihisa Yamamoto in dr. Makoto Tanabe iz Tokijskega tehnološkega inštituta (Tokyo Tech), raziskovala kemične reakcije, ki jih katalizirajo subnanodelci CunOx (SNP), da bi ocenili njihovo učinkovitost pri oksidaciji aromatskih ogljikovodikov.SNP-ji CunOx treh specifičnih velikosti (z 12, 28 in 60 bakrovimi atomi) so bili proizvedeni v drevesnih okvirih, imenovanih dendrimeri.Podprti na cirkonijev substrat so bili uporabljeni za aerobno oksidacijo organske spojine z aromatskim benzenskim obročem.

Za analizo struktur sintetiziranih SNP-jev sta bili uporabljeni rentgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS) in infrardeča spektroskopija (IR), rezultati pa so bili podprti z izračuni teorije funkcionalnosti gostote (DFT).

Analiza XPS in izračuni DFT so pokazali naraščajočo ionnost vezi baker-kisik (Cu-O), ko se je velikost SNP zmanjšala.Ta polarizacija vezi je bila večja od tiste, ki jo vidimo pri množičnih Cu-O vezeh, večja polarizacija pa je bila vzrok za povečano katalitično aktivnost SNP-jev CunOx.

Tanabe in člani ekipe so opazili, da so CunOx SNP-ji pospešili oksidacijo skupin CH3, pritrjenih na aromatski obroč, kar je povzročilo nastanek produktov.Ko katalizator CunOx SNP ni bil uporabljen, produkti niso nastali.Katalizator z najmanjšimi SNP-ji CunOx, Cu12Ox, je imel najboljšo katalitično učinkovitost in se je izkazal za najdlje obstojnega.

Kot pojasnjuje Tanabe, "povečanje ionnosti vezi Cu-O z zmanjšanjem velikosti SNP-jev CunOx omogoča njihovo boljšo katalitično aktivnost za oksidacijo aromatskih ogljikovodikov."

Njihove raziskave podpirajo trditev, da obstaja velik potencial za uporabo SNP bakrovega oksida kot katalizatorjev v industrijskih aplikacijah."Katalitska učinkovitost in mehanizem teh sintetiziranih SNP-jev CunOx s kontrolirano velikostjo bi bila boljša od tistih pri katalizatorjih iz plemenitih kovin, ki se trenutno najpogosteje uporabljajo v industriji," pravi Yamamoto in namiguje, kaj lahko SNP-ji CunOx dosežejo v prihodnosti.

Materiali, ki jih zagotavlja Tokyo Institute of Technology.Opomba: vsebino je mogoče urejati glede na slog in dolžino.

Pridobite najnovejše novice o znanosti z brezplačnimi e-novicami ScienceDaily, ki se posodabljajo dnevno in tedensko.Ali pa si oglejte vsako uro posodobljene vire novic v bralniku RSS:

Povejte nam, kaj mislite o ScienceDaily – veseli smo pozitivnih in negativnih komentarjev.Imate težave z uporabo spletnega mesta?Vprašanja?