Tokyo Teknoloji Enstitüsü'ndeki bilim adamları, nano ölçekteki bakır oksit parçacıklarının, nano ölçektekilerden daha güçlü katalizörler olduğunu gösterdi.Bu alt nanoparçacıklar aynı zamanda aromatik hidrokarbonların oksidasyon reaksiyonlarını şu anda endüstride kullanılan katalizörlerden çok daha etkili bir şekilde katalize edebilir.Bu çalışma, hem araştırma hem de endüstri açısından önemli bir malzeme olan aromatik hidrokarbonların daha iyi ve verimli kullanılmasının yolunu açmaktadır.

Hidrokarbonların seçici oksidasyonu birçok kimyasal reaksiyonda ve endüstriyel proseste önemlidir ve bu nedenle bilim adamları bu oksidasyonu gerçekleştirmenin daha etkili yollarını arıyorlar.Bakır oksit (CunOx) nanopartiküllerinin aromatik hidrokarbonların işlenmesinde katalizör olarak yararlı olduğu bulunmuştur, ancak daha etkili bileşiklerin arayışı da devam etmektedir.

Yakın geçmişte bilim insanları nano-altı seviyedeki parçacıklardan oluşan asil metal bazlı katalizörleri uyguladılar.Bu seviyede, parçacıklar bir nanometreden daha az ölçülür ve uygun alt tabakalara yerleştirildiklerinde reaktiviteyi artırmak için nano parçacık katalizörlerinden bile daha yüksek yüzey alanları sunabilirler.

Bu doğrultuda, aralarında Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nden (Tokyo Tech) Prof. Kimihisa Yamamoto ve Dr. Makoto Tanabe'nin de bulunduğu bir bilim insanı ekibi, aromatik hidrokarbonların oksidasyonundaki performanslarını değerlendirmek için CunOx alt nanoparçacıkları (SNP'ler) tarafından katalize edilen kimyasal reaksiyonları araştırdı.Dendrimer adı verilen ağaç benzeri çerçeveler içinde üç spesifik boyutta (12, 28 ve 60 bakır atomlu) CunOx SNP'ler üretildi.Bir zirkonya substratı üzerinde desteklenen bu ürünler, aromatik benzen halkasına sahip bir organik bileşiğin aerobik oksidasyonuna uygulandı.

Sentezlenen SNP'lerin yapılarını analiz etmek için X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve kızılötesi spektroskopisi (IR) kullanıldı ve sonuçlar yoğunluk işlevsellik teorisi (DFT) hesaplamalarıyla desteklendi.

XPS analizi ve DFT hesaplamaları, SNP boyutu azaldıkça bakır-oksijen (Cu-O) bağlarının iyonisitesinin arttığını ortaya çıkardı.Bu bağ polarizasyonu toplu Cu-O bağlarında görülenden daha büyüktü ve daha büyük polarizasyon, CunOx SNP'lerin artan katalitik aktivitesinin nedeniydi.

Tanabe ve ekip üyeleri, CunOx SNP'lerin aromatik halkaya bağlı CH3 gruplarının oksidasyonunu hızlandırdığını ve dolayısıyla ürünlerin oluşumuna yol açtığını gözlemledi.CunOx SNP katalizörü kullanılmadığında hiçbir ürün oluşmadı.En küçük CunOx SNP'lere sahip olan Cu12Ox katalizörü en iyi katalitik performansa sahipti ve en uzun ömürlü olduğu kanıtlandı.

Tanabe'nin açıkladığı gibi, "CunOx SNP'lerin boyutunun küçültülmesiyle Cu-O bağlarının iyonikliğinin arttırılması, bunların aromatik hidrokarbon oksidasyonları için daha iyi katalitik aktiviteye sahip olmasını sağlar."

Araştırmaları, bakır oksit SNP'lerin endüstriyel uygulamalarda katalizör olarak kullanılmasına yönelik büyük bir potansiyel olduğu iddiasını desteklemektedir.Yamamoto, CunOx SNP'lerin gelecekte neler başarabileceğini ima ederek, "Bu boyut kontrollü sentezlenmiş CunOx SNP'lerin katalitik performansı ve mekanizması, şu anda endüstride en yaygın olarak kullanılan soy metal katalizörlerinkinden daha iyi olacaktır" dedi.

Tokyo Teknoloji Enstitüsü tarafından sağlanan materyaller.Not: İçerik stil ve uzunluk açısından düzenlenebilir.

ScienceDaily'nin günlük ve haftalık olarak güncellenen ücretsiz e-posta bültenleriyle en son bilim haberlerini alın.Veya saatlik olarak güncellenen haber akışlarını RSS okuyucunuzda görüntüleyin:

ScienceDaily hakkında ne düşündüğünüzü bize bildirin; hem olumlu hem de olumsuz yorumları memnuniyetle karşılıyoruz.Siteyi kullanırken herhangi bir sorun mu yaşıyorsunuz?Sorunuz mu var?