Επιστήμονες στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο έχουν δείξει ότι τα σωματίδια οξειδίου του χαλκού στην υπο-νανοκλίμακα είναι πιο ισχυροί καταλύτες από εκείνα της νανοκλίμακας.Αυτά τα υπονανοσωματίδια μπορούν επίσης να καταλύουν τις αντιδράσεις οξείδωσης των αρωματικών υδρογονανθράκων πολύ πιο αποτελεσματικά από τους καταλύτες που χρησιμοποιούνται σήμερα στη βιομηχανία.Η μελέτη αυτή ανοίγει το δρόμο για την καλύτερη και αποτελεσματικότερη αξιοποίηση των αρωματικών υδρογονανθράκων, που είναι σημαντικά υλικά τόσο για την έρευνα όσο και για τη βιομηχανία.

Η επιλεκτική οξείδωση των υδρογονανθράκων είναι σημαντική σε πολλές χημικές αντιδράσεις και βιομηχανικές διεργασίες, και ως εκ τούτου, οι επιστήμονες αναζητούν πιο αποτελεσματικούς τρόπους για να πραγματοποιήσουν αυτήν την οξείδωση.Τα νανοσωματίδια οξειδίου του χαλκού (CunOx) έχουν βρεθεί χρήσιμα ως καταλύτης για την επεξεργασία αρωματικών υδρογονανθράκων, αλλά η αναζήτηση ακόμη πιο αποτελεσματικών ενώσεων συνεχίστηκε.

Στο πρόσφατο παρελθόν, οι επιστήμονες εφάρμοσαν καταλύτες με βάση ευγενή μέταλλα που αποτελούνταν από σωματίδια σε επίπεδο υπονανο.Σε αυτό το επίπεδο, τα σωματίδια έχουν μέγεθος μικρότερο από ένα νανόμετρο και όταν τοποθετούνται σε κατάλληλα υποστρώματα, μπορούν να προσφέρουν ακόμη μεγαλύτερες επιφάνειες από τους καταλύτες νανοσωματιδίων για την προώθηση της αντιδραστικότητας.

Σε αυτή την τάση, μια ομάδα επιστημόνων, συμπεριλαμβανομένων των καθηγητών Kimihisa Yamamoto και Dr. Makoto Tanabe από το Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) διερεύνησαν χημικές αντιδράσεις που καταλύονται από υπονανοσωματίδια CunOx (SNPs) για να αξιολογήσουν την απόδοσή τους στην οξείδωση των αρωματικών υδρογονανθράκων.CunOx SNP τριών συγκεκριμένων μεγεθών (με 12, 28 και 60 άτομα χαλκού) παρήχθησαν μέσα σε πλαίσια που μοιάζουν με δέντρα που ονομάζονται δενδριμερή.Στηριζόμενοι σε υπόστρωμα ζιρκονίας, εφαρμόστηκαν στην αερόβια οξείδωση μιας οργανικής ένωσης με έναν αρωματικό δακτύλιο βενζολίου.

Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου ακτίνων Χ (XPS) και φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας (IR) χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση των δομών των συντιθέμενων SNPs και τα αποτελέσματα υποστηρίχθηκαν από υπολογισμούς της θεωρίας λειτουργικότητας πυκνότητας (DFT).

Η ανάλυση XPS και οι υπολογισμοί DFT αποκάλυψαν αυξανόμενη ιοντικότητα των δεσμών χαλκού-οξυγόνου (Cu-O) καθώς το μέγεθος SNP μειώθηκε.Αυτή η πόλωση του δεσμού ήταν μεγαλύτερη από αυτή που παρατηρείται στους χύδην δεσμούς Cu-O και η μεγαλύτερη πόλωση ήταν η αιτία της ενισχυμένης καταλυτικής δραστηριότητας των CunOx SNPs.

Ο Tanabe και τα μέλη της ομάδας παρατήρησαν ότι τα CunOx SNPs επιτάχυναν την οξείδωση των ομάδων CH3 που συνδέονται με τον αρωματικό δακτύλιο, οδηγώντας έτσι στο σχηματισμό προϊόντων.Όταν δεν χρησιμοποιήθηκε ο καταλύτης CunOx SNP, δεν σχηματίστηκαν προϊόντα.Ο καταλύτης με τα μικρότερα CunOx SNP, Cu12Ox, είχε την καλύτερη καταλυτική απόδοση και αποδείχθηκε ο μακροβιότερος.

Όπως εξηγεί ο Tanabe, «η ενίσχυση της ιοντικότητας των δεσμών Cu-O με τη μείωση του μεγέθους των CunOx SNPs επιτρέπει την καλύτερη καταλυτική τους δράση για οξειδώσεις αρωματικών υδρογονανθράκων».

Η έρευνά τους υποστηρίζει τον ισχυρισμό ότι υπάρχει μεγάλη δυνατότητα για χρήση SNP οξειδίου του χαλκού ως καταλύτες σε βιομηχανικές εφαρμογές.«Η καταλυτική απόδοση και ο μηχανισμός αυτών των συνθετικών CunOx SNP με ελεγχόμενο μέγεθος θα ήταν καλύτεροι από αυτούς των καταλυτών ευγενών μετάλλων, που χρησιμοποιούνται πιο συχνά στη βιομηχανία αυτή τη στιγμή», λέει ο Yamamoto, υπονοώντας τι μπορούν να επιτύχουν τα CunOx SNP στο μέλλον.

Τα υλικά παρέχονται από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο.Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.

Λάβετε τα τελευταία επιστημονικά νέα με τα δωρεάν ενημερωτικά δελτία ηλεκτρονικού ταχυδρομείου του ScienceDaily, που ενημερώνονται καθημερινά και εβδομαδιαία.Εναλλακτικά, δείτε τις ωριαίες ροές ειδήσεων στο πρόγραμμα ανάγνωσης RSS:

Πείτε μας τη γνώμη σας για το ScienceDaily — καλωσορίζουμε τόσο θετικά όσο και αρνητικά σχόλια.Έχετε προβλήματα με τη χρήση του ιστότοπου;Ερωτήσεις;