Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio han demostrado que las partículas de óxido de cobre en la escala subnano son catalizadores más poderosos que las de la nanoescala.Estas subnanopartículas también pueden catalizar las reacciones de oxidación de hidrocarburos aromáticos de manera mucho más eficaz que los catalizadores utilizados actualmente en la industria.Este estudio allana el camino hacia una utilización mejor y más eficiente de los hidrocarburos aromáticos, que son materiales importantes tanto para la investigación como para la industria.

La oxidación selectiva de hidrocarburos es importante en muchas reacciones químicas y procesos industriales y, como tal, los científicos han estado buscando formas más eficientes de llevar a cabo esta oxidación.Se ha descubierto que las nanopartículas de óxido de cobre (CunOx) son útiles como catalizador para procesar hidrocarburos aromáticos, pero la búsqueda de compuestos aún más eficaces ha continuado.

En el pasado reciente, los científicos aplicaron catalizadores a base de metales nobles compuestos de partículas a nivel subnano.En este nivel, las partículas miden menos de un nanómetro y, cuando se colocan sobre sustratos apropiados, pueden ofrecer áreas de superficie incluso mayores que los catalizadores de nanopartículas para promover la reactividad.

En esta tendencia, un equipo de científicos, incluido el Prof. Kimihisa Yamamoto y el Dr. Makoto Tanabe del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), investigó reacciones químicas catalizadas por subnanopartículas (SNP) de CunOx para evaluar su desempeño en la oxidación de hidrocarburos aromáticos.Se produjeron SNP CunOx de tres tamaños específicos (con 12, 28 y 60 átomos de cobre) dentro de estructuras en forma de árbol llamadas dendrímeros.Soportados sobre un sustrato de circonio, se aplicaron a la oxidación aeróbica de un compuesto orgánico con un anillo de benceno aromático.

Se utilizaron espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y espectroscopia infrarroja (IR) para analizar las estructuras de los SNP sintetizados, y los resultados fueron respaldados por cálculos de la teoría de la funcionalidad de la densidad (DFT).

El análisis XPS y los cálculos DFT revelaron una ionicidad creciente de los enlaces cobre-oxígeno (Cu-O) a medida que disminuía el tamaño de SNP.Esta polarización del enlace fue mayor que la observada en los enlaces Cu-O en masa, y la mayor polarización fue la causa de la mayor actividad catalítica de los SNP CunOx.

Tanabe y los miembros del equipo observaron que los SNP de CunOx aceleraron la oxidación de los grupos CH3 unidos al anillo aromático, lo que condujo a la formación de productos.Cuando no se utilizó el catalizador CunOx SNP, no se formaron productos.El catalizador con los SNP de CunOx más pequeños, Cu12Ox, tuvo el mejor rendimiento catalítico y demostró ser el más duradero.

Como explica Tanabe, "la mejora de la ionicidad de los enlaces Cu-O con la disminución del tamaño de los SNP CunOx permite su mejor actividad catalítica para las oxidaciones de hidrocarburos aromáticos".

Su investigación respalda la afirmación de que existe un gran potencial para utilizar SNP de óxido de cobre como catalizadores en aplicaciones industriales."El rendimiento catalítico y el mecanismo de estos SNP CunOx sintetizados de tamaño controlado serían mejores que los de los catalizadores de metales nobles, que se utilizan con mayor frecuencia en la industria en la actualidad", dice Yamamoto, insinuando lo que los SNP CunOx pueden lograr en el futuro.

Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio.Nota: El contenido puede editarse por estilo y extensión.

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