Científics de l'Institut Tecnològic de Tòquio han demostrat que les partícules d'òxid de coure a la nanoescala són catalitzadors més potents que les de la nanoescala.Aquestes subnanopartícules també poden catalitzar les reaccions d'oxidació dels hidrocarburs aromàtics amb molta més eficàcia que els catalitzadors que s'utilitzen actualment a la indústria.Aquest estudi obre el camí cap a una utilització millor i més eficient dels hidrocarburs aromàtics, que són materials importants tant per a la investigació com per a la indústria.

L'oxidació selectiva dels hidrocarburs és important en moltes reaccions químiques i processos industrials, i com a tal, els científics han estat buscant maneres més eficients de dur a terme aquesta oxidació.S'ha trobat que les nanopartícules d'òxid de coure (CunOx) són útils com a catalitzador per processar hidrocarburs aromàtics, però la recerca de compostos encara més efectius ha continuat.

En el passat recent, els científics van aplicar catalitzadors basats en metalls nobles formats per partícules a nivell subnano.En aquest nivell, les partícules mesuren menys d'un nanòmetre i, quan es col·loquen sobre substrats adequats, poden oferir superfícies encara més grans que els catalitzadors de nanopartícules per promoure la reactivitat.

En aquesta tendència, un equip de científics que inclou el Prof. Kimihisa Yamamoto i el Dr. Makoto Tanabe de l'Institut Tecnològic de Tòquio (Tokyo Tech) van investigar reaccions químiques catalitzades per subnanopartícules CunOx (SNP) per avaluar el seu rendiment en l'oxidació d'hidrocarburs aromàtics.Els SNP CunOx de tres mides específiques (amb 12, 28 i 60 àtoms de coure) es van produir dins de marcs semblants a arbres anomenats dendrímers.Suports sobre un substrat de zirconi, es van aplicar a l'oxidació aeròbica d'un compost orgànic amb un anell de benzè aromàtic.

L'espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS) i l'espectroscòpia d'infrarojos (IR) es van utilitzar per analitzar les estructures dels SNP sintetitzats, i els resultats van ser recolzats per càlculs de la teoria de la funcionalitat de la densitat (DFT).

L'anàlisi XPS i els càlculs de DFT van revelar una ionitat creixent dels enllaços coure-oxigen (Cu-O) a mesura que disminuïa la mida del SNP.Aquesta polarització d'enllaços va ser més gran que la observada en els enllaços Cu-O a granel, i la major polarització va ser la causa de l'activitat catalítica millorada dels SNP CunOx.

Tanabe i els membres de l'equip van observar que els SNP CunOx van accelerar l'oxidació dels grups CH3 units a l'anell aromàtic, donant lloc així a la formació de productes.Quan no es va utilitzar el catalitzador CunOx SNP, no es van formar productes.El catalitzador amb els SNP CunOx més petits, Cu12Ox, va tenir el millor rendiment catalític i va demostrar ser el més durador.

Tal com explica Tanabe, "la millora de la ionitat dels enllaços Cu-O amb la disminució de la mida dels SNP CunOx permet la seva millor activitat catalítica per a les oxidacions d'hidrocarburs aromàtics".

La seva investigació dóna suport a la afirmació que hi ha un gran potencial per utilitzar SNP d'òxid de coure com a catalitzadors en aplicacions industrials."El rendiment catalític i el mecanisme d'aquests SNP CunOx sintetitzats controlats per la mida seria millor que els dels catalitzadors de metalls nobles, que s'utilitzen més habitualment a la indústria en l'actualitat", diu Yamamoto, insinuant què poden aconseguir els SNP CunOx en el futur.

Materials proporcionats per l'Institut Tecnològic de Tòquio.Nota: el contingut es pot editar per estil i longitud.

Rep les últimes notícies de ciència amb els butlletins de correu electrònic gratuïts de ScienceDaily, actualitzats diàriament i setmanalment.O visualitzeu els canals de notícies actualitzats cada hora al vostre lector RSS:

Digueu-nos què en penseu de ScienceDaily: donem la benvinguda als comentaris positius i negatius.Teniu problemes per utilitzar el lloc?Preguntes?