Tokyo Tehnoloogiainstituudi teadlased on näidanud, et alam-nanoskaalas olevad vaskoksiidi osakesed on võimsamad katalüsaatorid kui nanomõõtmelised.Need subnanoosakesed võivad katalüüsida ka aromaatsete süsivesinike oksüdatsioonireaktsioone palju tõhusamalt kui praegu tööstuses kasutatavad katalüsaatorid.See uuring sillutab teed aromaatsete süsivesinike paremale ja tõhusamale kasutamisele, mis on olulised materjalid nii teadustöös kui ka tööstuses.

Süsivesinike selektiivne oksüdeerimine on oluline paljudes keemilistes reaktsioonides ja tööstusprotsessides ning sellisena on teadlased otsinud tõhusamaid viise selle oksüdatsiooni läbiviimiseks.Vaskoksiidi (CunOx) nanoosakesed on osutunud kasulikuks katalüsaatorina aromaatsete süsivesinike töötlemisel, kuid veelgi tõhusamate ühendite otsimine on jätkunud.

Lähiminevikus kasutasid teadlased väärismetallil põhinevaid katalüsaatoreid, mis koosnesid sub-nanotasemel osakestest.Sellel tasemel on osakeste mõõtmed alla nanomeetri ja sobivatele aluspindadele paigutatuna võivad nad reaktsioonivõime soodustamiseks pakkuda isegi suuremat pinda kui nanoosakeste katalüsaatorid.

Selle suundumuse kohaselt uuris teadlaste meeskond, sealhulgas prof Kimihisa Yamamoto ja dr Makoto Tanabe Tokyo Tehnoloogiainstituudist (Tokyo Tech), keemilisi reaktsioone, mida katalüüsivad CunOx subnanoosakesed (SNP-d), et hinnata nende toimivust aromaatsete süsivesinike oksüdeerimisel.Kolme kindla suurusega (12, 28 ja 60 vaseaatomiga) CunOx SNP-sid toodeti puutaolistes raamistikes, mida nimetatakse dendrimeerideks.Tsirkooniumoksiidi substraadile toetatuna rakendati neid aromaatse benseenitsükliga orgaanilise ühendi aeroobseks oksüdeerimiseks.

Sünteesitud SNP-de struktuuride analüüsimiseks kasutati röntgenfotoelektronspektroskoopiat (XPS) ja infrapunaspektroskoopiat (IR) ning tulemusi toetasid tiheduse funktsionaalsuse teooria (DFT) arvutused.

XPS-analüüs ja DFT-arvutused näitasid vase-hapniku (Cu-O) sidemete ioonilisuse suurenemist, kui SNP suurus vähenes.See sideme polarisatsioon oli suurem kui lahtiste Cu-O sidemete puhul ja suurem polarisatsioon oli CunOx SNP-de suurenenud katalüütilise aktiivsuse põhjuseks.

Tanabe ja meeskonnaliikmed täheldasid, et CunOx SNP-d kiirendasid aromaatse tsükli külge kinnitatud CH3 rühmade oksüdatsiooni, põhjustades seeläbi toodete moodustumist.Kui CunOx SNP katalüsaatorit ei kasutatud, ei moodustunud tooteid.Kõige väiksemate CunOx SNP-dega katalüsaatoril Cu12Ox oli parim katalüütiline jõudlus ja see osutus kõige kauem kestvaks.

Nagu Tanabe selgitab, "võimaldab Cu-O sidemete ioonilisuse suurendamine CunOx SNP-de suuruse vähenemisega nende paremat katalüütilist aktiivsust aromaatsete süsivesinike oksüdatsioonide jaoks."

Nende uuringud toetavad väidet, et vaskoksiidi SNP-de kasutamiseks tööstuslikes rakendustes katalüsaatoritena on suur potentsiaal."Nende suuruse kontrollimisega sünteesitud CunOx SNP-de katalüütiline jõudlus ja mehhanism oleksid paremad kui väärismetallkatalüsaatoritel, mida praegu tööstuses kõige sagedamini kasutatakse," ütleb Yamamoto, vihjates sellele, mida CunOx SNP-d tulevikus saavutada võivad.

Tokyo Tehnoloogiainstituudi pakutavad materjalid.Märkus. Sisu saab muuta stiili ja pikkuse järgi.

Hankige uusimaid teadusuudiseid ScienceDaily tasuta meiliuudiskirjadega, mida uuendatakse iga päev ja kord nädalas.Või vaadake oma RSS-lugejas iga tunni ajakohastatud uudistevooge:

Rääkige meile, mida arvate ScienceDailyst – ootame nii positiivseid kui ka negatiivseid kommentaare.Kas saidi kasutamisel on probleeme?Küsimused?